开关电源技术发展的四大亮点(完整版)实用资料

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开关电源技术发展的四大亮点（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）开关电源技术发展的四大亮点从开关电源的问世到如今技术有了飞迅发展和变化，经历了功率半导体器件、高频化和软开关技术、开关电源系统的集成技术三个发展阶段。开关电源技术发展的四大亮点包括：1、开关电源功率密度提高开关电源的功率密度，使之小型化、轻量化，是人们不断努力追求的目标。电源的高频化是国际电力电子界研究的热点之一。电源的小型化、减轻重量对便携式电子设备（如移动，数字相机等）尤为重要。使开关电源小型化的具体办法有：一是高频化。为了实现电源高功率密度，必须提高PWM变换器的工作频率、从而减小电路中储能元件的体积重量。二是应用压电变压器。应用压电变压器可使高频功率变换器实现轻、小、薄和高功率密度。压电变压器利用压电陶瓷材料特有的“电压-振动”变换和“振动-电压”变换的性质传送能量，其等效电路如同一个串并联谐振电路，是功率变换领域的研究热点之一。三是采用新型电容器。为了减小电力电子设备的体积和重量，必须设法改进电容器的性能，提高能量密度，并研究开发适合于电力电子及电源系统用的新型电容器，要求电容量大、等效串联电阻ESR小、体积小等。2、高频磁与同步整流技术电源系统中应用大量磁元件，高频磁元件的材料、结构和性能都不同于工频磁元件，有许多问题需要研究。对高频磁元件所用磁性材料有如下要求：损耗小，散热性能好，磁性能优越。适用于兆赫级频率的磁性材料为人们所关注，纳米结晶软磁材料也已开发应用。高频化以后，为了提高开关电源的效率，必须开发和应用软开关技术。它是过去几十年国际电源界的一个研究热点。对于低电压、大电流输出的软开关变换器，进一步提高其效率的措施是设法降低开关的通态损耗。例如同步整流SR技术，即以功率MOS管反接作为整流用开关二极管，代替萧特基二极管（SBD），可降低管压降，从而提高电路效率。3、分布电源结构分布电源系统适合于用作超高速集成电路组成的大型工作站（如图像处理站）、大型数字电子交换系统等的电源，其优点是：可实现DC/DC变换器组件模块化；容易实现N+1功率冗余，提高系统可*性；易于扩增负载容量；可降低48V母线上的电流和电压降；容易做到热分布均匀、便于散热设计；瞬态响应好；可在线更换失效模块等。现在分布电源系统有两种结构类型，一是两级结构，另一种是三级结构。4、功率半导体器件性能1998年，Infineon公司推出冷mos管，它采用“超级结”（Super-Junction）结构，故又称超结功率MOSFET。工作电压600V～800V，通态电阻几乎降低了一个数量级，仍保持开关速度快的特点，是一种有发展前途的高频功率半导体器件。IGBT刚出现时，电压、电流额定值只有600V、25A。很长一段时间内，耐压水平限于1200V～1700V，经过长时间的探索研究和改进，现在IGBT的电压、电流额定值已分别达到3300V/1200A和4500V/1800A，高压IGBT单片耐压已达到6500V，一般IGBT的工作频率上限为20kHz～40kHz，基于穿通（PT）型结构应用新技术制造的IGBT，可工作于150kHz（硬开关）和300kHz（软开关）。IGBT的技术进展实际上是通态压降，快速开关和高耐压能力三者的折中。随着工艺和结构形式的不同，IGBT在20年历史发展进程中，有以下几种类型：穿通（PT）型、非穿通（NPT）型、软穿通（SPT）型、沟漕型和电场截止（FS）型。碳化硅SiC是功率半导体器件晶片的理想材料，其优点是：禁带宽、工作温度高（可达600℃）、热稳定性好、通态电阻小、导热性能好、漏电流极小、PN结耐压高等，有利于制造出耐高温的高频大功率半导体器件。开关电源总体技术指标和性能不详来源：不详发布时间：2006-5-2519:05:001、输入电压：110VAC/DC或220VAC/DC或380VAC三相±20%；或85~264VAC全范围2、输入频率：47~63Hz3、输出稳定度：0.5%典型值4、负载稳定度：1%典型值（对于主输出电路）5、输出电压微调范：±10%~±15%（对于主输出电路）6、纹波及噪声：1%，峰峰值（100mVp-p典型值）7、过电压保护：115%~135%（对于主输出电路）8、耐压：初级/次极间初级/外壳间次极/外壳间

1500VAC1500VAC500VAC9、保持时间：满负荷时典型值为20ms10、工作环境温度：-10~+55℃或-20~+65℃10、过载保护：所有输出端在有短路，过载时均保护二、小功率开关电源系列规格表（单路输出）输出功率15W30W50W70W100W120W150W200W输入电压110VAC/DC、220VAC/DC50Hz输出电压5V、9V、12V、13.8V、15V、18V、24V、28V、48V、60V/DC特长输入电压范围宽、体积小、可靠性高、电磁兼容性好、效率高、保护功能完善三、大功率开关电源系列规格表（单路输出）输出功率250W400W500W750W1000W1200W1500W2000W2400W3000W6000W输入电压110VAC/DC、220VAC/DC、380VAC三相47~63Hz输出电压5V、9V、12V、13.8V、15V、18V、24V、28V、30V、48V、60V、80V

、110V、150V、220V/DC特长稳压精度高、效率高、电磁兼容性好、保护功能全、使用寿命长四、多路输出开关电源系列规格表输出功率型号V1V2V3V430WLKD-30-125+5V2A+12V0.5A+24V0.5ALKD-30-15+5V2.2A+24V1ALKD-30-121+5V3A+12V1A-5V0.5ALKD-30-122+5V3A+12V1.2A-12V0.5ALKD-30-133+5V3A+15V0.5A-15V0.5ALKD-30-12+5V4A+12V1A50WLKD-50-12F+5V3A+13V2.5ALKD-50-15F+5V3A+26V1.5ALKD-50-133+5V4A+15V1A-15V1ALKD-50-122A+5V5A+12V1A-12V1ALKD-50-122B+5V8A+12V0.5A-12V0.5ALKD-50-1325+5V4A+15V0.5A-12V0.5A+24V0.5ALKD-50-1335A+5V4A+15V0.5A-15V0.5A+24V0.5ALKD-50-1225+5V6A+12V1A-12V1A+24V0.5ALKD-50-12+5V6A+12V2ALKD-50-15+5V6A+24V1ALKD-50-1335B+5V6A+15V1A-15V1A+24V0.5A100WLKD-100-T+5V12A-5V8ALKD-100-11A+5V3ALKD-100-12+5V3A+12V7.2ALKD--100-15+5V3A+24V3.5ALKD-100-125+5V6A+12V2A+24V2ALKD-100-133+5V10A+15V2.5A-15V1ALKD-100-1221+5V10A+12V2A-12V2A+5V1.5ALKD-100-1331+5V10A+15V2A-15V2A+5V1.5ALKD-100-1225+5V10A+12V2A-12V2A+24V1ALKD-100-1335+5V10A+15V2A-15V2A+24V1A摘自电子发烧友网站：开关电源的技术指标信息来源:维库开发网发布时间:2021年2月24日开关电源的技术指标有很多，包括电气指标、机械特性、适用环境、可靠性、安全性和生产成本等。本节重点讨论电源的电气指标。根据电源用途不同，指标优先考虑的重点也不同，但首先应考虑电源的安全性。目前，许多国家都有相应的开关电源安全规范。常用的国际安全规范为IEC950、IEC65。常见的开关电源电气技术指标有：（1）输入电源的相数、频率：根据输出功率不同，可采用单相或三相电源供电。在输出功率高于5kW时通常采用三相电源供电，以使三相负载均衡。我国市电电源频率为50Hz。（2）额定输入电压、容许电压波动范围：我国市电电源额定相电压为220V，线电压为380V，在容许的输入电压波动范围内都要保证额定输出功率。（3）额定输入电流：指在额定输入电压和额定输出功率时的输入电流。（4）最大输入电流：指在容许的下限输入电压和额定输出功率时的输入电流。（5）输人功率因数：指输入有功功率与视在功率的比值。（6）额定输出直流电压：也叫标称输出直流电压，指在额定输出电流、满足规定的稳压精度及纹波等指标时的最大输出直流电压。（7）稳压精度：有多种原因会导致输出电压的波动，如输入电压波动、负载改变等，稳压精度指在容许的工作条件（输入电压波动、负载变化、环境温度改变等）范围内，实际输出直流电压与额定工作条件时理想输出直流电压的比值。它反映了电源的控制精度。（8）输出电压的纹波与噪声：纹波指输出电压中与输入电源频率同步的交流成分，用峰－峰值表示。噪声指输出电压中除纹波以外的交流成分，也用峰一峰值表示。常用纹波和噪声的总合值减去输出电压中交流成分的峰－峰值来表示输出电压中交流分量的大小。（9）额定输出电流：额定输出电压时供给负载的最大平均电流。（10）效率：指输出有功功率与输人有功功率之比。此外，还有反映电源系统动态特性的指标，如突加负载时的动态电压降、调整时间等，以及开关源的电磁干扰与射频干扰指标等。不同的应用场合对电源的要求有所不同，因此开关电源设计时首先应根据具体情况确定对电源的技术指标要求，然后选择合适的变换器结构并完成有关参数设计。摘自维库电子市场网：开关电源--技术参数说明与安全注意事项部分参数说明输入电压正常情况下，交流输入的电源也可以用于直流输入。当交流输入电压范围为85-264VAC，直流输入电压范围为120-370VDC；当交流输入电压范围为210-370VDC，或根据开关选择输入范围为85-132VAC/170-264VAC。输入冲击指的是电源冷启动时的最大瞬间输入电流。多路输出在多路输出电源中所列出的电流是每路输出的最大电流，每路输出的总值均不超过系列电源额定功率范围。正常情况下，多路输出电源的V1输出是独立于其他几路输出。对于共地产品，只需将V1的+/-极相应端子与其他几路的其他端子相连即可。对于多路输出的负载调整率的测试，是将被测试的那一路输出负载在额定值的20%-100%变化，其它各路输出负载都保持在额定值的60%进行。输出功率如果将输出电压调高，那么输出电流将相应减少以保持总功率不变。如果将输出电压调低时，输出电流应不超过标准额定值。输出纹波与噪声如图1所示，开关电源的纹波和噪声一般情况下指总的纹波电压形成的正反峰之间的电压值，由四部分组成。低频纹波：频率为输入AC电源频率的2倍(直流输入时无此项)。高频纹波：频率与开关电源的内部脉冲调制(PWM)频率相同。开关噪声：与开关脉冲的频率相同中。随机噪声：与交流输入电压及开关频率无关。如何测试电源输出纹波与噪声如图2所示的是测试电源输出纹波与噪声最好的方法。因其可将辐射噪声产生的影响降为最低。图2中所用示汉器带宽为0-20MHz。示波器探头的地线环直接接触电源的输出负端，探针与输出正端相接触。工作温度指电源在正常工作时的环境温度，如电源安装在设备的机箱内，工作温度就指机箱内部温度，而非室内或室外温度。因此如果电源的工作温度超过额定标准，建议用户按电源功率定额值的2%/℃减额使用或采取风冷措施以使工作温度低于额定的最高工作温度。使用安全注意事项AC输入电源的定义三相供电零线配置对于功率因数为0.4-0.6的开关电源，当多台电源在三相四线制系统中以平衡的方式配置时，由于输入电流波形畸变，使零线上的电流不能相抵。因此在一般情况下，建议将零线的规格设置为相线的1.5-2倍。最好以实测电流方式进行配置。泄漏电流多台电源在使用时，共同接入同一接地点，总的泄漏电流是由每个单元的泄漏电流相加构成。届时要检查保护接地线的可靠性及接地电阻是否能达到要求，以免遭电击。充电使用本公司100W以上单路电源均可直接用于恒压限流方式(浮充方式)充电。摘自宏研电子配套专业网：开关电源技术参数信息来源:维库开发网发布时间:2021年6月29日随着科学技术的发展，尤其是计算机、通信和航空事业的迅速发展，人们对各种仪器设备的体积、重量、效率要求是越来越高。这就为体积小、重量轻、效率高的开关稳压电源提供广阔的发展空间。下面我们给出开关电源的主要技术参数，客户选用产品时应参阅相应产品的技术规格书。一.主要技术参数1、交流输入电压范围：85-132VAC，176-265VAC或85-265VAC2、输入频率范围：47-63Hz3、直流输入电压范围：9-28VDC、18-36VDC、36-72VDC、85-176VDC、200-400VDC、4、输出电压：DC2.5-240V5、输出功率：2.5W-4KW6、效率：>75%（典型值）7、线性调整率：≤0.5%8、负载调整率：≤1%9、纹波及噪声：≤1%V。10、输出保持时间：20ms（220VAC，典型值）11、启动时间：12、温度系数：<±0.03%/℃13、输出电压调整范围：±10%（主路）14、输出过载保护：105%-150%15、输出过压保护：115%-150%16、耐压：输入-输出3KVAC/min（1.5KVAC/min）、输入-地1.5KVAC/min、输出-地0.5KVDC/min17、绝缘阻抗：≥100MΩ（500VDC）18、工作环境温度：0-45℃、-10℃-60℃、-25℃-60℃、-25℃-75℃19、安全标准：符合GB4943，UL1950，EN60950，CE，CCC等安全规范20、EMC标准：符合EN55022CLASSB，FCCPart15,EN6100021.寿命：可以在45℃的环境温度下，满载工作一年以上。摘自维库电子开发网：开关电源主要总体技术指标和性能时间：2021-04-1600:18:14来源：开关114开关114摘自开关114:开关电源技术参数2021-05-2012:17标签:开关电源参数技术●全电压输入●小体积●保护功能短路/过载/过压●100%满载老化测试●高可靠性、高性价比●宽工作温度范围，主动型功率因素校正●五年质保输入电压...................85~264VAC(120~370VDC)频率范围.............................47~63Hz启动冲击电流..................................coldstart,20A/115V,40A/230V输入冷启动......................0.7mA/230VAC输出调节范围.................0.5%Outputvoltageadjustrange...........10%过载保护........110~130%,currentlimiting,autorecovery过压保护.......115~150%绝缘强度...........................I/P-O/P:3.0KVAC/1minI/P-F/G:1.5KVAC/1minO/P-F/G:0.5KVAC/1min输出保持时间.........................50ms,20ms@fullload(typical)工作环境............-10~+50,20%~93%RH(noncondensing)高端工作环境...............-20~+85,20%~95%RH(noncondensing)安全标准............................GB4943,UL60950,EN60950电池兼容标准...............................GB9254,EN55022classBEN61000-3-2,3,EN61000-4-2,3,4,5,6,8,11Coolingmethod...............................convection150W系列型号输出精度纹波效率GZT-150-55V,25A±2%100mV78%GZT-150-1212V,12.5A±1%100mV82%GZT-150-1515V,10A±1%120mV85%GZT-150-2424V,6.3A±1%120mV85%GZT-150-3636V,4.2A±1%120mV85%GZT-150-4848V,3.2A±1%240mV86%10W系列代号型号输出精度纹波效率1011GZT-10-55V,2A±2%50mV80%1012GZT-10-1212V,0.8A±1%100mV82%1013GZT-10-1515V,0.6A±1%100mV83%1014GZT-10-2424V,0.4A±1%100mV84%20W系列代号型号输出精度纹波效率1021GZT-H20-55V,3A±2%50mV82%1022GZT-H20-1212V,1.7A±1%100mV83%1023GZT-H20-1515V,1.3A±1%100mV83%1024GZT-H20-2424V,0.8A±1%100mV85%40W代号型号输出精度纹波效率1051GZT-H40-55V,8A±2%50mV76%1052GZT-H40-1212V,3.5A±1%100mV80%1053GZT-H40-1515V,2.7A±1%100mV80%1054GZT-H40-2424V,1.7A±1%100mV82%45W系列代号型号输出精度纹波效率1111GZT-H50-55V,10A±2%75mV79%1112GZT-H50-1212V,4A±1%100mV82%1113GZT-H50-1515V,3.4A±1%100mV82%1114GZT-H50-2424V,2.1A±1%100mV82%1115GZT-H50-3636V,1.4A±1%100mV82%1116GZT-H50-4848V,1A±1%100mV84%60W系列代号型号输出精度纹波效率1141GZT-H60-1212V,5A±2%75mV81%1142GZT-H60-1515V,4A±1%100mV81%1143GZT-H60-2424V,2.5A±1%100mV84%1144GZT-H60-3636V,1.7A±1%100mV85%1145GZT-H60-4848V,1.3A±1%100mV85%75W100W小体积系列代号型号输出精度纹波效率1171GZT-H75-3.33.3V,15A±2%100mV70%1172GZT-H75-55V,15A±2%100mV78%1173GZT-H100-7.57.5V,13.6A±1%100mV80%1174GZT-H100-1212V,10A±1%100mV81%1175GZT-H100-1515V,8A±1%100mV81%1176GZT-H100-2424V,5A±1%100mV84%1177GZT-H100-3636V,3A±1%100mV85%1178GZT-H100-4848V,2.5A±1%100mV85%150W系列代号型号输出精度纹波效率1201GZT-H150-55V,25A±2%100mV78%1202GZT-H150-1212V,12.5A±1%100mV82%1203GZT-H150-1515V,10A±1%120mV85%1204GZT-H150-2424V,6.3A±1%120mV85%1205GZT-H150-3636V,4.2A±1%120mV85%1206GZT-H150-4848V,3.2A±1%240mV86%300W系列代号型号输出精度纹波效率1281GZT-H300-1212V,25A±1%150mV80%1282GZT-H300-1515V,20A±1%150mV80%1283GZT-H300-2424V,12.5A±1%150mV82%1284GZT-H300-4848V,6.3A±1%240mV84%400W系列代号型号输出精度纹波效率1321GZT-H300-55V,60A±1%150mV79%1322GZT-H400-1212V,34A±1%150mV80%1323GZT-H400-1515V,27A±1%150mV80%1324GZT-H400-2424V,17A±1%150mV82%1325GZT-H400-3636V,11A±1%150mV82%1326GZT-H400-4848V,8.5A±1%240mV84%500W系列代号型号输出精度纹波效率1331GZT-H500-1212V,42A±1%150mV80%1332GZT-H500-13.513.5V,37A±1%150mV80%1333GZT-H500-2424V,21A±1%150mV82%1334GZT-H500-4848V,10.5A±1%240mV84%摘自:高频开关电源系统的主要技术参数时间：2021-07-3121:29:00来源：元器件网高频开关电源额定直流输出电压、浮充电压、均充电压、功率因数、稳压精度、效率、杂音电压(不接蓄电池组)、电池温度补偿等。1、额定直流输出电压：指市电经整流模块变换后的额定输出电压，正选的电源电压为-48V，电压允许变动范围-40—-57V。这种“-”型基础电压是指电源正馈电线接地，作为参考电位零伏，负馈电线装接熔断器后，与机架电源连接。2、浮充电压：在市电正常时，蓄电池与整流器并联运行，蓄电池自放电引起的容量损失便在全浮充过程被补足。根据电池特性及温度所需补充损失电流的多少而设定的电压。3、均充电压：为使蓄电池快速补充容量，视需要升高浮充电压，使流入电池补充电流增加，这一过程整流器输出得电压为“均充”电压。4、功率因数:有功功率对视在功率的比叫做功率因数。由于开关电源电路的整流部分使电网的电流波形畸变，谐波含量增大，而使得功率因数降低（不采取任何措施，功率因数只有0.6~0.7），污染了电网环境。开关电源要大量进入电网，就必须提高功率因数，减轻对电网的污染，以免破坏电网的供电质量。满载状态下，功率因数不低于0.92。5、效率：高频开关电源模块的寿命是由模块内部工作温升所决定。温升主低主要是由模块的效率高低所决定。现在市场上大量使用的开关电源技术，主要采有的是脉宽调制技术（PWM）。模块的损耗主要由开关管的开通、关断及导通三种状态下的损耗，浪涌吸收电路损耗，整流二极管导通损耗，工和辅助电源功耗及磁心元件损耗等因素构成。减少这些损耗就会提高模块的整体效率。对此现行较好的处理方法分别是：开关管的开通、关断及导通状态的损耗采用MOSFET和IGBT并联使用，利用两种不同类型的器件的开头及导通损耗的优势互补，其综合损耗是利用单一类型开关管工作损耗的20%左右；浪涌吸收电路可采用无损耗吸收电路，这一技术的使用使得该部分损耗大幅度下降；整流二极管可采用导通电阻较小的器件，优化设计控制电路，选择集成度较高的IC器件都可减少功耗；磁心材料可选择如菲利浦的3C90等均可减少损耗。高频电容器的选择严格控制峰值电流的大小，采用这些因素将会使整流模块的工作在相当宽的功率输出范围内保持较高的效率，如VMA10、DMA12、DMA13及DMA14的工作效率均为91%以上。需要说明的是主开关管的开通、关断及导通状态中的损耗所占比例是主要的。开关状态的损耗是PWM控制技术所固有的缺点。满载状态下，效率不低于0.90。6、稳压精度：满载状态下，当输入电压由最大变到最小时，整流器输出电压调整范围不超过±1％。7、杂音电压(不接蓄电池组)①衡重杂音：电路以800HZ杂音电压为标准，其它频率杂音电压响度强弱，用等效杂音系数表示称为衡重杂音。系统衡重杂音的测量点视情况选择在整流器输出端，蓄电池输出端及机房机架的输入端，各测量点数值不已。②宽频杂音：它是指各次谐波均方根值，即周期连续频谱电压。③峰值杂音：指叠加在直流输出上的交流分量峰值，即指晶闸管或高频开关电路导致的针状脉冲。④离散杂音：指无线电干扰杂音或射频杂音，通常为150kHz-30MHz频率内的个别频率杂音。⑤峰-峰值杂音：只由于电源干扰或本机故障所产生的杂音。指标如下：衡重杂音电压≤2mV(3m~3400Hz)。宽频杂音电压≤100mV(3.4~150kHz)。宽频杂音电压≤30mV(0.15~30MHz)。离散频率杂音电压≤5mV(3.4~150kHz)。离散频率杂音电压≤3mV(150~200kHz)。离散频率杂音电压≤2mV(200~500kHz)。离散频率杂音电压≤lmV(0.5~30MHz)。峰—峰杂音电压≤200mV。电池温度补偿：适合阀控电池温度补偿要求的自动调节功能，既当环境温度每升高一度或降低一度直流输出电压应相应调整3mv或升高3mv。摘自：开关电源技术参数随着科学技术的发展，尤其是计算机、通信和航空事业的迅速发展，人们对各种仪器设备的体积、重量、效率要求是越来越高。这就为体积小、重量轻、效率高的开关稳压电源提供广阔的发展空间。下面我们给出开关电源的主要技术参数，客户选用产品时应参阅相应产品的技术规格书。一.主要技术参数1、交流输入电压范围：85-132VAC，176-265VAC或85-265VAC2、输入频率范围：47-63Hz3、直流输入电压范围：9-28VDC、18-36VDC、36-72VDC、85-176VDC、200-400VDC、4、输出电压：DC2.5-240V5、输出功率：2.5W-4KW6、效率：>75%（典型值）7、线性调整率：≤0.5%8、负载调整率：≤1%9、纹波及噪声：≤1%V。10、输出保持时间：20ms（220VAC，典型值）11、启动时间：12、温度系数：<±0.03%/℃13、输出电压调整范围：±10%（主路）14、输出过载保护：105%-150%15、输出过压保护：115%-150%16、耐压：输入-输出3KVAC/min（1.5KVAC/min）、输入-地1.5KVAC/min、输出-地0.5KVDC/min17、绝缘阻抗：≥100MΩ（500VDC）18、工作环境温度：0-45℃、-10℃-60℃、-25℃-60℃、-25℃-75℃19、安全标准：符合GB4943，UL1950，EN60950，CE，CCC等安全规范20、EMC标准：符合EN55022CLASSB，FCCPart15,EN6100021.寿命：可以在45℃的环境温度下，满载工作一年以上。摘自：开关电源并联运行及其均流技术1引言大量电子设备,特别是计算机、通讯、空间站等的广泛应用,要求组建一个大容量、安全可靠、不间断供电的电源系统。如果采用单台电源供电、该变换器势必处理巨大的功率、电应力大,给功率器件的选择、开关频率和功率密度的提高带来困难。并且一旦单台电源发生故障,则导致整个系统崩溃。采用多个电源模块并联运行,来提供大功率输出是电源技术发展的一个方向。并联系统中每个模块处理较小功率,解决了上述单台电源遇到的问题。八十年代起,分布式电源供电方式成为电力电子学新的研究热点。相对于传统的集中式供电,分布式电源利用多个中、小功率的电源模块并联来组建积木式的大功率电源系统。在空间上各模块接近负载,供电质量高,通过改变并联模块的数量来满足不同功率的负载,设计灵活,每个模块承受较小电应力,开关频率可以达到兆赫级,从而提高了系统的功率密度。大功率输出和分布式电源,使电源模块并联技术得以迅速发展。然而一般情况下不允许模块输出间直接进行并联,必须采用均流技术以确保每个模块分担相等的负载电流,否则,并联的模块有的轻载运行,有的重载甚至过载运行,输出电压低的模块不但不为负载供电,反而成了输出电压高的模块的负载,热应力分配不均,极易损坏。对于多个模块并联运行电源系统的基本要求是:(1是输入电压或者负载发生变化时,保持输出电压稳定;(2是控制各模块的输出电流,实现负载电流平均分配,均流动态响应良好。为提高系统可靠性,并联系统应该具备以下特性:实现冗余。当任意模块发生故障时,其余模块继续提供足够电能,整个电源系统不会崩溃;实现热拔插,电源系统真正意义上的不间断供电;均流方案无需外加均流控制单元;使用一条公共的低带宽均流总线来连接各模块单元。2并联特性及均流一般原理图1为两个模块并联工作时的等效电路及其外特性曲线。如果两个模块的参数完全相同,即V1max=V2max,R1=R2,两条外特性曲线重合,负载电流均匀分配。如果其中一个模块的电压参考值较高,输出电阻较小(外特性斜率小,如图1中的模块1,则该模块将承受大部分负载电流,负载增大,模块1将运行于满载或超载限流状态,影响了系统可靠性。(a并联等效电路(b输出外特性图1两个模块并联均流原理图可见,并联电源系统中各模块按照外特性曲线分配负载电流,外特性的差异是电流难以均分的根源。均流性能的优劣用均流精度来衡量。均流精度定义为:CSerror=ΔIomax/(Io/N式中N为并联模块数,Io为负载电流,ΔIomax为最大电流与最小电流之差。正常情况下,各并联模块输出电阻是个恒值,输出电流不均衡主要是由于各模块输出电压不相等引起。均流的实质即是通过均流控制电路,调整各模块的输从而调整输出电流,以达到电流均分的目的。一般开关电源是一个电压均流的基本思想是采样各自输出电流信号,并把该信号引入控制环路中,来参与调整输出电压。选择不同的电流信号注入点,可以直接调节系统基准电压、反馈电压误差、或者反馈电流误差,形成多种均流方案,以满足不同的稳态性能和动态响应。3均流方法所有均流方法可归成两大类:有3.1下垂法下垂法(又叫斜率法,输出阻抗法是最简单的一种均流方法。其实质是利使外特性的斜率趋于一致,达到均流。由图1(b可见,下垂法的均流精度取决于各模块的电压参考值、外特性曲线平均斜率及各模块外特性的差异程度。选择不同的电流反馈信号注入点,可以修正控制环路的反馈电压值或基准电压。图曲线图。可见电压参考值的差异越小,均流效果越好。图2(b为采用调节反馈电压值来改变斜率的方式下所对应的外特性曲线图。外特性斜率越陡,均流效果越好。图2(a调节基准电压(b调节反馈电压常用的下垂法均流控制框图如图3所示。Vi为电流放大器输出信号,与模块输出电流成比例Ki,Vf为电压反馈信号,显然V-=Kv×Vo+Ki×Io,当某模块电流增加时,Vi上升,Ve下降,通过反馈使该模块输出电压随之下降,即外特性向下倾斜,接近其他模块的外特性,从而其他模块电流增大,实现近似均流。电压误差放大器E/A具有很大的直流增益Ko,假设Ko→∞时,Vo=Vref/Kv-IoKi/Kv=Vomax-IoKi/Kv,改变电压环电流环的参数可以获取期望的外特性。图3下垂法均流控制框图此外,在模块输出端与负载之间串联一定的电阻值也是一种调节输出电阻的下垂法。缺点为串联电阻会消耗额外电能。较为经济的办法是串联热敏电阻,其阻值随在电阻上消耗的热能变化而改变,同样达到近似均流。而且,电流不连续模式下的Buck、Boost、Buck-Boost变换器和串联谐振变换器本身就固有一定的外特性下垂率,这类变换器可以直接并联运行,实现自然均流。下垂法的特点可归纳如下:模块之间无互连通讯线;实为开环控制,小电流时均流效果差,随着负载增加均流效果有所改善;对稳压源而言,希望外特性斜率越小越好,而下垂法则以降低电压调整率为代价来获取均流,该法可以应用在均流精度大于或等于10%的场合;对于不同额定功率的并联模块,难以实现均流。3.2有源均流法有源均流法是均流方法中的一大类别,并联模块,用于提供共同的电流参考信号。即电流内环和电压外环双环控制,以下把功率级和电流内环作为变换器的基本单形成各类有源均流法,如主从控制结构指均流环与电压环如何配置,图4为有源均流法的三种控制结构:对噪音不敏感,均流控制反应比较缓慢。环内调整中均流环从电压环内叠加,均流环可以很好的和电流环结合起来,整个结构简单,均流信号从环内注入,其带宽不受电压环的限制,反应速度快,均流母线的电压从电压调整放大器获得,但容易引起噪声。双环调整中均流环和电压环并行一起作用于基本单元。图4三种控制结构均流母线连接方式指如何从所有的模块中获取公共电流参考信号,表明了模块间的主从关系。图5显示了三种均流母线的连接:自主配置、平均配置和指定配置。自主配置(图5a中,各个模块和母线之间通过二极管连接,只有具备最大电流的模块对应的二极管才能导通,均流母线上代表的是最大电流信号;平均配置(图5b中,各个模块和母线之间通过参数完全一致的电阻连接,均流母线上代表的是平均电流;指定配置(图5c中,只有人为指定的模块直接连接均流母线,成为主模块。图5三种均流母线连接方式图6所示为最大电流法控制框图,对比图4、图5可见最大电流均流技术由环外调整和母线自主配置相结合而成,不改变模块基本单元的内部结构,只需在电压环外面叠加一个均流环,各模块间接一条均流母线CSB。图6最大电流法因为二极管单向性,只有电流最大的模块才能与均流母线相连,该模块即为主模块。其余为从模块,比较各自电流反馈与均流母线之间电压的差异,通过误差放大器输出来补偿基准电压达到均流。特点是:(1这种均流方法一次只有一个单元参与调节工作,主模块永远存在且是随机的,为实现冗余最常用的方法;(2二极管总存在正向压降,因此主模块的均流会有误差;(3均流是一个从模块电流上升并超过主模块电流的过程,系统中主、从模块的身份不断交替,各模块输出电流存在低频振荡。UnitrodeIC公司开发的均流控制芯片UC3902、UC3907正是基于最大电流自动均流的思想,简化了并联电源系统的设计与调试,得到广泛应用。文献[2]指出,UC3902在满载时均流误差达到2%,在20%负载时误差约15%。环外调整结构和母线平均配置相结合形成平均电流均流法。即将图6中的二极管用一个电阻R代替。如果所有电阻R参数完全一致,均流母线的电压反映了所有模块电流的平均值。当Ua=Ucsb时表明已经达到均流,如果电流分配不均,电阻R上出现电压,该电压通过误差放大器输出一个误差电压,从而修正基准电压,以达到均流目的。平均电流法是一项专利技术,可以实现精确的均流。缺点是当均流母线短路或某个模块不工作时母线电压下降,将促使每个模块电压下调,甚至达到下限,造成故障。解决办法是自动地把故障模块从均流母线上切除。在并联电源系统中,人为的指定一个模块为主模块,直接连接到均流母线,其余的为从模块,从母线上获取均流信号。图7为采用电压环内调整结构的主从均流法。主模块工作于电压源方式,从模块的误差电压放大器接成跟随器的形式,工作于电流源方式。因为系统在统一的误差电压下调整,模块的输出电流与误差电压成正比,所以不管负载电流如何变化,各模块的电流总是相等。图7主从均流法采用这种均流法,精度很高,控制结构简单,模块间联线复杂。缺点是一旦主模块出现故障,整个系统将完全瘫痪,宽带电压回路容易产生噪声干扰。使用中主、从模块间的联线应尽量短。3．2．4其他均流方法基于三种控制结构和三种母线连接方式，可以设计出其他均流方法。图8为双环调整和平均配置相结合的均流方法。这种控制方式降低了电压环和均流环相互之间的影响，设计灵活，是权衡环外调整和环内调整优缺点的折中方案。此外，热应力自动均流法是按照每个模块的温度来实现均流，使温度高的模块减小输出电流，温度低的模块增加电流。外部控制器法是外加一个均流控制器，比较各模块的电流信号，并据此补偿相应的反馈信号以均衡电流。该法需要附加控制器且联线较多。图84总结双环并行调整的均流方法由于大功率负载的需要和模块化电源系统的发展，为了实现完全稳定可靠的冗余电源系统，模块化电源的并联技术则显得尤为重要。而每个模块的外特性不一致，分担的负载电流也不均衡，承受电流多的模块可靠性大为降低。因此，并联运行系统必须引入有效的负载分配控制策略，保证各模块间电应力和热应力的均匀分配。这是实现高性能模块化大功率电源系统的关键。本文介绍均流技术的一般原理，全面详细地讨论了各种均流技术及其优缺点。在不断提高均流精度和动态响应速度的同时，均流控制技术将朝着增加并机数目及不同容量模块并联的方向发展。随着控制系统的逐步数字化和微处理器的发展，应用如单片机或DSP完成电源系统的检测、运算和控制，可以更好地采用复杂的控制策略，实现均流冗余、故障检测、热拔插维修和模块的智能管理。・应用与测试・低压电器(2007№17通用低压电器篇孟赟(1983—,女,硕士研究生,研究方向为DC/DC电源及太阳能光伏发电系统。利用推挽正激技术设计DC/DC开关电源孟赟1,王凯2,潘俊民1(1.上海交通大学电气工程系,上海2.华北电网,北京100053摘要:DC,并利用PSpice。,该开关电源输出稳定、波形理想。:;;开关电源:TM46文献标识码:B文章编号:100125531(20071720057204ADC/DCSwitchingPowerSupplyBasedonPush2PullForwardConversionTechniqueMENGYun1,WANGKai2,PANJunmin1(1.DepartmentofElectricalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200240,China;2.NorthofChinaElectricPowerGridCo.,Ltd.,Beijing100053,ChinaAbstract:ADC/DCswitchingpowersupplywasdesignedbyusingpush2pullforwardconversiontechnique.Thetopologyandstructureofswitchingpowersupplybasedonpush2pullforwardconversiontechniquewaspresen2ted.Theoperationandcontrolprincipleoftheswitchingpowersupplywasexpounded,andthecircuittopologywassimulatedbyPSpicesoftware.Theexperimentresultshowsthattheswitchingpowersupply’soutputisstablewithidealwave.Keywords:push2pullforward;highfrequencylink(HFL;switchingpowersupply王凯(1976—,男,工程师,硕士,从事继电保护工作。潘俊民(1947—,男,教授,博士生导师,研究方向为电力传动及自动化、智能控制系统。0引言开关电源被誉为高效节能电源,它代表着稳压电源的发展方向,现已成为稳压电源的主流产品。由于开关电源内部调整管工作在高频开关状态时,其等效电阻很小,当流过大的电流时,消耗在调整管上的能量很小,故电源效率可达70%~90%,比普通的线性稳压电源提高了近1倍。同时,利用了高频链技术的开关电源体积小、重量轻、可靠性高,该技术是实现高功率密度、高变换效率、优良综合性能DC/DC变换的合理方案。图1为带高频变压器的DC/DC变换的结构框图。目前,有变压器隔离的DC/DC变换技术在传图1DC/DC变换器结构框图统的拓扑结构中较为常用的是推挽变换器和正激变换器[6](见图2。传统正激变换器和推挽变换器两种电路拓扑各有各自的优缺点,但都具有一定的局限性:单端正激变换器为了防止变压器磁芯饱和,存在去磁复位的问题,故对占空比有一定的限制条件;推挽变换器功率开关管承受的电压应力高,只适用于低输入电压的场合,而且开关管关断时漏感能量—75—低压电器(2007№17通用低压电器篇・应用与测试・(a推挽变换器拓扑(b正激变换器拓扑图2传统DC/DC变换器拓扑结构在开关管上引起高的电压尖峰,给主功率变压器的绕制提出了很高的要求,同时变压器的偏磁问题给器件的一致性和驱动电路脉冲宽度的一致性提出了较高的要求[6]。若将两种电路有机地结合在一起,同时保留两种电路的优点、克服它们的缺点的话,所得到的电路将是非常理想的。通过一个无损元件———电容将推挽变换器和正激变换器结合在一起的电路即推挽正激变换器。1推挽正激变换器主电路图3为推挽正激变换器的电路拓扑结构。图中,关键的部分是变压器T和电容C。变压器的原边绕组Lp1和Lp2的匝数是相等的,变压器的副边接入了全桥整流电路。该电路与推挽电路的不同之处就在于两个开关器件S1和S2中间接入了图3推挽正激变换器电路结构一个无损元件———箝位电容C,另外两端接在直流电源的正负极上。正是因为C的存在,使得整个电路工作原理和效果完全不同于推挽电路,从而克服了推挽变换器和正激变换器的缺点[6]。在电路稳态的时候,不论是S1或S2哪一个导通,C[6],所以,in。而incds1Uds2构成一:Uin+Uc=Uds1+Uds2=2Uin式中,Uds1和Uds2分别为S1或S2漏源极压降。因为开关管漏源极压降Uds1,2≥0(等于零的情况出现在漏源极承受电压为反偏,此时反向并联的二极管导通,漏源极电压被箝位在0,故开关管在工作过程中所承受的最大的电压应力是2Uin,因此,加入C可消除开关管的电压过冲现象。同时,由于C的端电压具有浮动特性,如果选择合适的箝位电容值,即能保证变压器磁通在同一周期的两个半周期中有相等的伏秒数和磁芯的双向对称磁化,使激磁电流和磁通在周期结束时回到起始点,无直流偏磁的现象。所以,推挽正激变换器的主要改进在于C,它的引入抑制了开关管的电压尖峰,同时也抑制了推挽变换器固有的直流偏磁现象。推挽正激变换器保持了推挽电路和正激电路的优点,克服了两者的缺点,具有:①抑制变压器的磁芯偏磁;②变压器磁芯双向磁化;③抑制开关管的关断电压尖峰等优点,在低压大电流的应用场合中获得了较高的效率,成为该场合较有优势的电路拓扑形式[6]。2工作及控制原理该电路的原边2个开关管采用高频固定占空比工作,即S1和S2交替导通,并且它们导通交替时有很小的死区延时,避免电源被直通。经过高频变压器的升压或降压,再通过副边的整流桥就形成直流电压输出。由于整个电路只有2个开关管,且以固定占空比交替导通,这就使得电路的控制电路十分简单。3系统仿真试验仿真原理图中的各个元件参数的设置如下:—85—・应用与测试・低压电器(2007№17通用低压电器篇开关管使用PSpice元件库中提供的开关管模型,它由1个功率场效应管和1个反向二极管并联组成。输入直流电压Uin=48V;输出直流电压Uout=15V;推挽正激箝位电容C=40μF;副边电容Cf=1000μF;开关频率f=20kHz。系统接电阻性负载时,利用PSpice记录下输出电压波形如图4所示。系统接电感性负载输出波形如图5所示。图4带电阻性负载时输出电压波形图5带电感性负载时输出电压波形4实验结果设定电路输入电压为48V,输出为15V。图6为主电路正常工作时利用示波器记录的控制电路输出的驱动信号波形。图中,示波器通道2所示为主电路下面开关管的驱动波形,示波器通道4所示为主电路上面开关管的驱动波形。图6控制电路输出的驱动波形在主电路正常工作的情况下,用示波器记录开关管栅源极电压Ugs和漏源极电压Uds,如图7所示。通道2是Ugs,通道4是Uds。图7主电路正常工作时Ugs和Uds的波形可以看出,Ugs呈现高电平,即开关管导通时,Uds近似为零,即开关管在导通时压降很小;Ugs呈现低电平,即开关管关断时,Uds为2倍的电源电压,这是由电路拓扑决定的,说明电路工作是正常的。利用示波器记录原边的箝位电容电压波形图如图8所示。原边箝位电容电压始终保持与电源电压相等。电路正常工作时,输出电压的波形图如图9所示。由图可见,输出电压约为15V,电压十分平稳,毛刺很小,波形很理想,证明逆变器开关电源的实验是成功的。图8原边箝位电容电压波形图9输出电压波形5结语本文在研究推挽正激变换器的基础上,对推挽正激变换器的主电路拓扑进行了仿真,并进一—95—低压电器(2007№17通用低压电器篇・应用与测试・步设计制作了样机,测定了实际工作中电路的各点电压值,证实了推挽正激变换技术可以得到非常可靠的稳定直流电压输出。【参考文献】[1]GOPINATHR,KIMS,WEBSTERM,etal.Develop2mentofaLowCostFuelCellInverterSystemwithDSPControl[J].IEEEPESC,2002(19:125621262.[2]ZHOUXunwei,YANGBo,AMORAOSOLuca,etal.NovelHigh2input2voltage,HighsientVoltage.].(1:2.[3]YAMATN,MATSUDAY,etal.HighFrequencyLindDC2ACConverterforUPSwithaNewVoltageClamper[C]//IEEEPowerElectronicsSpecialistsConference,PESC’90kewrd,1990:7492756.[4]张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计(修订版[M].北京:电子工业出版社,2004.[5]陈道杰.].:上海交,2005.]..[MH,陈建业.电力电子技术手册[M].北京:机械工业出版社,2004.收稿日期:2007202124(上接第25页图2协同设计平台的主界面器端启动浏览批注工具AutoVue,打开接触板的三维设计图;审核者作为客户器端启动浏览批注工具AutoVue,连接服务器得到模型图;然后,审核者就可以提出自己对该设计的意见了。图3应用实例同时,还采用数据库技术模拟邮件系统,在系统内部实现邮件发送等操作。通过使用系统的个人邮件模块,用户可以方便地向任何一位用户发送邮件。图4为邮件系统的实例图。图4邮件系统3结语网络协同设计是网络技术和计算机辅助设计技术的结合,代表了信息时代设计方式的发展方向,实时协同是目前该领域内的研究重点。本文通过对协同设计技术的研究,开发了一个基于网络的协同设计系统,并通过接触板设计实例,给出了系统的运行情况。【参考文献】[1]王魁生,李人厚,李宏敏,等.CSCW系统中实时协同设计模型的研究[J].计算机工程,2001,27(1:829.[2]田凌,陈继忠,赵慧设.网络化协同设计工具[J].中国机械工程,2004,15(19:177421777.[3]周祖德,盛步云.数字化协同与网络交互设计[M].北京:科学出版社,2005.[4]吕振远,田凌,王巧玉.实时协同设计技术及其支持系统[J].高技术通讯,2005,15(8:44248.收稿日期:2006211216—06—开关电源中电流无损耗检测技术黄志刚（1）张波（1）唐志（2）发布时间：2006-7-199:1