西门子中国授权江西省一级供货商

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有少量应用，GTR由于驱动较为困难、开关频率较低，也逐渐被IGBT和MOSFET所取代。因此这里将主要介绍二极管、IGBT和MOSFET的工作原理和主要参数。
MOSFET和IGBT是全控型器件，输入具有一定的容性，要使其工作于高速的开关状态，必须要有具有一定驱动能力的驱动电路，本章对这两种器件的驱动电路进行介绍
应用各种软开关技术，包括无源无损软开关技术、有源软开关技术及目前同步整流用MOSFET代替整流二极管都能大大地提高模块在低输出电压时的效率，而效率的提高使得敞开式无散热器的电源模块有了实现的可能。这类模块是当今世界模块潮流，必将得到广泛应用。随着器件性能的改变，电源效率将越来越高，目前，有的公司生产的电源模块的效率已经**过96%。
3.小型化、薄型化、轻量化、高频化
开关电源的体积、重量主要是由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小其存储元件的体积。单端正激式变换器、单端反激式变换器、中心另一种是PFM控制器。二者均可构成无工频变压器的开关电源。由于它们是利用体积很小的高频变压器来实现电压转换及电网隔离，因此能省掉体积笨重的工频变压器。目前，开关电源的工作频率已从20kHz提高到几百千赫，甚至1MHz以上，电源效率亦随之提高；输出功率范围包括小功率（几十瓦）、中功率（几百瓦）、大功率（几千瓦）。开关电源的缺点是输出电压的稳定性较差，输出纹波及噪声较大，不适合制作精密稳压电源。一种改进方案是把它当做前级稳压器来使用，而把线性稳压器或低压差稳压器作为后级稳压器，构成两级稳压的、精密稳压电源。这种复合式电源兼有开关电源与线性电源之优点。
开关电源的效率一般在70%～85%之间，较高可达。即使配上后置线性稳压器构成复合式稳压电源，其效率仍可达60%～65%。而大多数线性电源（不含低压差线性稳压器）的效率仅为30%～40%。与线性电源相比，传统的20kHz开关电源的外形尺寸仅为线性电源的1/4，100～200kHz开关电源的外形尺寸是线性电源的1/8，而新型200kHz～1MHz开关电源的尺寸还可做得更小。开关电源在断电后输出电压的保持时间比线性电源更长，这是因投入供电和**低压差线性稳压器（VLDO）。按照输出电压的特点来划分，又有固定输出、可调输出、正压输出、负压输出、多路输出（含跟踪式输出）等多种形式。传统的标准线性稳压器的效率仅为45%左右，而LDO、VLDO在低压输入时的效率可达80%～95%。
开关电源被誉为节能电源，它代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主品。开关电源内部的关键元器件工作在高频开关状态，本身消耗的能量很低，电源效率可达70%～，比标准线性电源提高近一倍。开关电源集成电路主要包括以下4种：脉冲宽度调制（简称脉宽调制或PWM）器、脉冲频率调制（简称脉频调制PFM）器、开关稳压器、单片开关电源。
从电路原理上划分，稳压器可分成串联调整式线性稳压器、并联调整式线性稳压器和开关稳压器这三种类型，它们的等效电路分别RS代表线性稳压器内部调整管的等效电阻，S代表开关稳压器中的功率开关管。串联调整式线性稳压器的调整管与负载电阻RL相串联，调整管工作在线放大区。其输出电压UO就等于输入电压UI减去调整管的压降UD。显然，当UO（或UI）发生变化时，通过线性地调节调整管的压降，即可使UO保持稳定。
中站电源屏两路工频220 V电源初次投入供电时，若两路电源非同时输入，则先输入的一路电源给电源屏供电，并切断另一路电源的供电电路。若两路电源同时输入时，由于交流接触器1XLC、2XLC都通有电源，两个接触器争着工作，但又因接触器之间相互联锁而不能稳定工作，这样就会引起接触器接点瞬间上下跳动，有可能造成工频220 V电源输入电路的主熔断器1RD～4RD熔断，其原因在于交流接触器在稳定工作之前，衔铁和铁心之间的间隙较大，线圈阻抗很小，因此，启动电流很大，特别是在接触器的工作电压较高，而工频220 V电源电压较低的情况下，1RD～4RD尤其容易被熔断，因此，必须引起维修人员的注意。则指南针顺次经过每一较相组时，就南北交替变化；如果指南针经过邻近的较相组时，指南针的指向相同，表示该较相组接错，如果指南针经过同一较相组不同位置时，南北指向交替变化，则该较相组中有个别线圈嵌PYT-10Y型中站交流调压屏用以交流稳压，由三相异步电动机驱动单相感应调压器进行调压，
抽头式（推挽）变换器、半桥式变换器、全桥式变换器。
（2）非隔离式开关变换器　它在电气上输入与输出不隔离，输入与输出共用一个公共端。这种变换器结构主要有降压型（Buck）变换器、升压型（Boost）变换器、降压—升压型（Buck－Boost）变换器以及它们的组合变形电路，如Cuk变换器频调制式开关电源特别适合于便携式设备，它能在低占空比、低频的条件下，降低控制芯片的静态电流。
（3）脉冲密度调制（简称PDM，即脉密调制）式：其特点是脉冲宽度为恒定值，通过调节脉冲数实现稳压目的。它采用零电压技术，能显著降低功率开关管的损耗。
（4）混合调制式：它是（1）、（2）两种方式的组合。开关周期和脉冲宽度都不固定，均可调节。它包含了PWM控制器和PFM控制器。变换器有多种电路形式，常用的有工作波形为方波的PWM变换器以及工作波形为准正弦波的谐振型变换器。
对于串联线性稳压电源，输出对输入的瞬态响应特性主要由调整管的频率特性决定。但对于开关型稳压电源，输入的瞬态变化比较多地表现在输出端。在提高开关频率的同时，由于反馈放大器的频率特性得到改善，开关电源的瞬态响应问题也能得到改善。负载变化瞬态
以上4种工作方式统称为“时间比率控制”（简称TRC）方式，其中以PWM控制器应用较广。
需要指出的是，PWM控制器既可作为一片独立的集成电路使用（例如UC3842型脉宽调制控制器），亦可被集成在开关稳压器中（例如LM2596型开关稳压器集成电路），或集成在开关电源中（例如TOP271型单片开关电源集成电路）。其中，开关稳压器属于DC/DC变换器，开关电源一般为AC/DC变换器。
二、脉宽调制控制器的基本原理
开关电源的电路比较复杂，其基本构成主要由以下5部分构成：①输入整流滤波器：包括从交流电到输入整流滤波器的电路；②功率开关管VT及高频变压器T；③控制电路（PWM控制器），含振荡器、基准电压源（UREF）、误差放大器和PWM比较器，控制电路能产生脉宽调制信号，其占空比受反馈电路的控制；④输出整流滤波器；⑤反馈电路。除此之外，还需增加偏置电路、保护电路等。其中，PWM控制器为开关电源的核心。
与线性电源相比，尽管开关电源的设计比较复杂，某些性能指标还比不上线性电源，且噪声较大，但开关电源的主要优势体现在电源效率、体积和重量等方面。尤其是构成大功率稳压电源时，在相同的输出功率条件下其体积比线性电源大为减小，成本也显著降低。
在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸，而且还能够抑制干扰，改善系统的动态性能。因此，高频化是开关电源的主要发展方向。
4.体管（IGBT）的出现打破了这一格局。
IGBT要囊括其应用是十分困难的，上述列举的应
用于电镀行业的整流电源，其特点是低电压、大电流。高频逆变开关整流电镀电源与二极管的硅整流电源、晶闸管整流电镀电源相比，除了体积小、质量轻、效率高之外，还有可控性好、稳压稳流精度高、易于并联、易于实现计算机监控和故障检测安全控制等优点，而且镀层品质大大提高。直流电镀与脉冲电镀相结合，可获得均匀、无裂缝、耐腐蚀能力和耐磨能力强的镀层表面。
用于工业设备和装备、舰船维修的电弧热喷涂工艺，应用高频开关电源电弧为热源，对实现涂层结构致密、低孔隙率、高强度、耐磨、防热腐蚀具有广泛的应用前景。
用于塑料表面处理，采用工作电压10～13kV，开关频率10～36kHz的高压开关电源以电晕方法使塑料表面改性，提高印刷性和粘接性，用此法同时还可去除油污、水汽和尘垢。
用于电容器铝箔表面处理，可提高电容器的比容量及抗电强度等。
3.在环境保护中的应用
脉冲电晕加氨脱硫是一种很有前景的烟气净化技术，对解决世界性三大环保问题之一的酸雨，高压开关电源有其用武之地。
高频开关电源在脉冲放电废水处理中也得到了广泛应用，利用强脉冲放电所产生的等离子体能够高密度储存能量并具有高膨胀效应，能形成强烈的热能、膨胀压力热能、光能、声能和辐射能，进而在水中产生各种游离基。这些活性游离基可以破坏工业废水中的有害物
（2）逆变器（DC－AC）　它是将直流电转换成交流电的开关变换器，有的称其为变流器，是交流输出开关电源和不间断电源（UPS）的主要部件。
（3）开关整流器（AC－DC）　它是将交流电转换成直流电的一种电源装置，这种变换器其变换过程应该理解为交流—直流—交流—直流（AC－DC－AC－DC）。
（4）交流—交流变频器（AC－AC）　它是将一种频率的交流电直接转换成另一种恒频或可变频率的交流电，或是将变频交流电直接转换成恒频交流电的变换装置。
4.按输入与输出是否隔离分类
（1）隔离式开关变换器　它用高频变压器将变换器的一次侧（
可以看成是MOSFET和BJT复合而成的器件。和BJT相同，它们都主要应用于中等功率场合，但IGBT工作频率更高，且属于电压驱动型器件，易于驱动，具有**的优点而没有明显的缺点。因此，IGBT迅速取代了昙花一现的BJT，而成为中等功率范围的主流器件，并且不断向大功率方向拓展其生存空间。
IGBT的出现使得开关电源的容量不断增大，在许多中等容量范围内迅速取代了相控电源。在通信领域，早期的48V基础电源几乎都是采用的晶闸管相控电源，现在已逐步被开关电源所取代。电力系统的操作用直流电源以前也是采用晶闸管相控电源，目前开关电源已经成为其主流。此外，电焊机、电镀装置等传统的晶闸管相控电源的应用范围，也逐步被开关电源所蚕食。
如前所述，开关频率的提高可以使电源体积减小、重量减轻，但却使得开关损耗增大，电源效率降低。另外，开关频率的提高也使得电源的电磁干扰问题变得**起来。为了解决这一问题，20世纪80年代出现了采用准谐波技术的零电压开关电路和零电流开关电路，这种技术被称为软开关技术。采用软开关技术，在理想情况下可使开关损耗降为零，提率，同时也使电磁干扰大大减小，因而也有助于进一步提高开关频率，使得电源进一步向体积小、重量轻、效率高、功率密度大的方向发展。经过近20年的发展，对于软开关技术的研究至今仍十分活跃，它也已经成为应用于各种电力电子电路的一项基础性技术。但是，迄今为止，软开关技术应用较为成功的领域仍然是开关电源领域。
以往的大容量蓄电池充电装置多用硅二极管和晶闸管整流电源。采用开关电源对蓄电池充电，不仅体积小、质量轻，可以实现计算机或单片机控制，充电参数更符合蓄电池接受率，充电效率高，能实现快速充电，而且可以提高蓄电池的使用寿命。作为蓄电池能量再生工具的开关电源充电机，具有很好的应用市场，尤其是给电动汽车电池充电。
8.在风能、太阳能发电中的应用
风能、太阳能是一种可再生能源，对于节约能源和减少环境污染具有重要意义。在风能、太阳能发电系统中应用到DC－DC和DC－AC开关变换器，因其体积小、质量轻、效
高可靠性
开关电源的寿命主要由电解电容、光耦合器及风扇的器件决定，所以，要从设计方面着眼，尽可能使用较少器件，提高集成度。另外，发热也是影响开关电源寿命的重要原因。随着开关电源效率的不断提高，开关电源的发热量越来越小，这大大提高了开关电源的使用寿命，现有的开关电源的平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures，MTBF）可以达到几百万小时，而且随着新材料、新工艺不断被采纳，开关电源的可靠性会进一步提高。
5.标准作
模块电源产品走势日趋模块化、标准化，并以积木式结构组成分布式供电系统，封装式
由于和线性电源相比，开关电源在绝大多数性能指标上都具有很大的优势。因此，目前除了对直流输出电压的纹波要求较高的场合以外，开关电源已经全面取代了线性电源。计算机、电视机、各种电子仪器的电源几乎都已是开关电源一统。
作为电子装置的供电电源，线性电源主要用于小功率范围。因此，在2

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