大功率开关电源的工作原理和可靠性设计

大功率开关电源的工作原理

• 　　交流电源输入经整流滤波成直流;
• 　　通过高频(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上;
• 　　开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载;
• 　　输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的.
• 　　交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰,同时也过滤掉电     源对电网的干扰;
• 　　在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越高;
• 　　开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头,以得到需要的输出;
• 　　一般还应该增加一些保护电路,比如空载、短路等保护,否则可能会烧毁开关电源

• 　　大功率开关电源广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备等领域。

大功率开关电源可靠性设计原则如下：
        （1）可靠性的设计指标应包含定量的可靠性要求。
        （2）可靠性设计应与器件的功能设计相结合，在满足器件性能指标的基础上，尽量提高器件的可靠性水 平。
        （3）应针对器件的性能水平、可靠性水平、制造水平、研制周期等相应的制约因素进行综合平衡设计。 ｜
        （4）在可靠性设计中，应尽可能采用国内外成熟的新技术、新结构、新工艺和新原理。
        （5）对于关键性的元器件，采用并联方式，保证此单元有足够的冗余度。
        （6）原则上要尽可能减少元器件的使用数目。
        （7）在同等体积下应尽可能采用高额定度的元器件。
        （8）选用高质量等级的元器件。
        （9）原则上不采用或尽量少采用电解电容。
        （10）对大功率开关电源进行合理的热设计，控制环境温度，不致因温度过高导致元器件的失效率增加。
        （11）应尽量选用硅半导体器件，少用或不用锗半导体器件。
        （12）应采用金属封装、陶磁封装、玻璃封装的器件，禁止选用塑料封装的器件

       大功率开关电源是目前是行业中应用最多的大功率电源之一，使用方面、快捷、轻便、等一些特点。大功率开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体(Mn?Zn)材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度

　　320W单组开关电源(Bs)下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源的工作效率。对于高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。

　　模块化是开关电源发展的总体趋势，可以采用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成N+1冗余电源系统，并实现并联方式的容量扩展。针对开关电源运行噪声大这一缺点，若单独追求高频化其噪声也必将随着增大，而采用部分谐振转换电路技术，在理论上即可实现高频化又可降低噪声，但部分谐振转换技术的实际应用仍存在着技术问题，故仍需在这一领域开展大量的工作，以使得该项技术得以实用化。

　　电力电子技术的不断创新，使大功率开关电源产业有着广阔的发展前景。要加快我国开关电源产业的发展速度，就必须走技术创新之路，走出有中国特色的产学研联合发展之路，为我国国民经济的高速发展做出贡献。