高頻開關電源
2018/3/15
高頻開關電源,我們日常工作中也稱高頻開關電源整流模塊(也稱為開關型整流器SMR),通過MOSFET或IGBT的高頻工作,高效,節能,工作效率達到90%以上,實現高效率和小型化。
高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。近幾年,開關整流器 的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/10A、48V/20A擴大到48V90A/48V100A/48V200A、48V600A,甚至3000A
高頻開關電源是傳統整流器(硅整流器 ,可控硅整流器)的升級替代產品。高頻開關電源以使用方便,體積小,效率高,工作穩定,鍍層細致等{jd1}的優勢迅速占領市場。廣泛使用于電鍍,電解,氧化等表面處理行業,并得到新老客戶的一致好評。
開關電源具有體積小、效率高等一系列優點,在各類電子產品中得到廣泛的應用。但由于開關電源的控制電路比較復雜、輸出紋波電壓較高,所以開關電源的應用也受到一定的限制。
電子裝置小型輕量化的關鍵是供電電源的小型化,因此需要盡可能地降低電源電路中的損耗。開關電源中的調整管工作于開關狀態,必然存在開關損耗,而且損耗的大小隨開關頻率的提高而增加。另一方面,開關電源中的變壓器、電抗器等磁性元件及電容元件的損耗,也隨頻率的提高而增加。
目前市場上開關電源中功率管多采用雙極型晶體管,開關頻率可達幾十kHz;采用MOSFET的開關電源轉換頻率可達幾百kHz。為提高開關頻率必須采用高速開關器件。對于兆赫以上開關頻率的電源可利用諧振電路,這種工作方式稱為諧振開關方式。它可以極大地提高開關速度,原理上開關損耗為零,噪聲也很小,這是提高開關電源工作頻率的一種方式。采用諧振開關方式的兆赫級變換器已經實用化。
開關電源的集成化與小型化已成為現實。然而,把功率開關管與控制電路都集成在同一芯片上,必須解決電隔離和熱絕緣的問題。
1、高頻開關電源的基本構成
開關電源采用功率半導體器件作為開關器件,通過周期性間斷工作,控制開關器件的占空比來調整輸出電壓。開關電源的基本構成如圖1所示,其中DC/DC變換器進行功率轉換,它是開關電源的核心部分,此外還有起動、過流與過壓保護、噪聲濾波等電路。輸出采樣電路(R1、R2)檢測輸出電壓變化,與基準電壓Ur比較,誤差電壓經過放大及脈寬調制(PWM)電路,再經過驅動電路控制功率器件的占空比,從而達到調整輸出電壓大小的目的。圖2是一種電路實現形式。
DC/DC變換器有多種電路形式,常用的有工作波形為方波的PWM變換器以及工作波形為準正弦波的諧振型變換器。
對于串聯線性穩壓電源,輸出對輸入的瞬態響應特性主要由調整管的頻率特性決定。但對于開關型穩壓電源,輸入的瞬態變化比較多地表現在輸出端。提高開關頻率的同時,由于反饋放大器的頻率特性得到改善,開關電源的瞬態響應問題也能得到改善。負載變化瞬態響應主要由輸出端LC濾波器特性決定,所以可以利用提高開關頻率、降低輸出濾波器LC乘積的方法來改善瞬態響應特性。
2、高頻開關型穩壓電源的分類
開關型穩壓電源的電路結構有多種:
(1)按驅動方式分,有自勵式和他勵式。
(2)按DC/DC變換器的工作方式分:①單端正勵式和反勵式、推挽式、半橋式、全橋式等;②降壓型、升壓型和升降壓型等。
(3)按電路組成分,有諧振型和非諧振型。
(4)按控制方式分:①脈沖寬度調制(PWM)式;②脈沖頻率調制(PFM)式;③PWM與PFM混合式。
(5)按電源是否隔離和反饋控制信號耦合方式分,有隔離式、非隔離式和變壓器耦合式、光電耦合式等。
以上這些方式的組合可構成多種方式的開關型穩壓電源。因此設計者需根據各種方式的特征進行有效地組合,制作出滿足需要的高質量開關型穩壓電源。
3、主要功能/高頻開關電源
(1)通過MODEM和電話網與監控中心通信,從通信口讀取高頻開關電源的信息;
(2)測量模塊的輸出電流和電壓、直流母線電流和電壓、電源的輸出電流和電壓、電池充放電電流和電壓等;
(3)控制電源的輸出電流和穩流,控制電源的開關機等;
(4)控制高頻開關電源實現對蓄電池浮充、均充方式的自動轉換;
(5)控制硅鏈的自動或手動投切,保證控制母線的穩壓精度,進而保證微機和晶體管保護用電的可靠性,防止造成保護誤動;
(6)調節充電限流值和總輸出電流穩流值;
(7)具有本地和遠程控制方式,采用密碼允許或禁止方式操作,以增強系統運行可靠性。