文献综述
1.课题研究的现状
随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用, 人们对其需求量日益增长, 并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求[8]。伴随着脉宽调制(PWM)技术的发展,PWM开关电源问世,它的特点是用20kHz的载波进行脉冲宽度调制,电源的效率可达65%~70%,而线性电源的效率只有30%~40%。因此,用工作频率为20 kHz的PWM开关电源替代线性电源,可大幅度节约能源,从而引起了人们的广泛关注,在电源技术发展史上被誉为20kHz革命[9]。随着超大规模集成芯片尺寸的不断减小,电源的尺寸与微处理器相比要大得多;而航天、潜艇、军用开关电源以及用电池的便携式电子设备(如手提计算机、移动电话等)更需要小型化、轻量化的电源。因此,对开关电源提出了小型轻量要求,包括磁性元件和电容的体积重量也要小。此外,还要求开关电源效率要更高,性能更好,可靠性更高等。这一切高新要求便促进了开关电源的不断发展和进步[6]。
2.开关稳压电源的发展趋势
开关电源自20世纪90年代中期问世以来便显示出强大的生命力,它作为一项颇具发展前景和影响力的新产品,引起了国内外电源界的普遍关注。开关电源具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等特点。目前,开关电源正朝着短、小、轻、薄、节能、环保、安全的方向发展,涌现出许多开关电源的新技术和新产品。
2.1“绿色节能”型开关电源
许多电子设备,往往会变成对电网的污染源。向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。开关电源设计的绿色化是指:低功耗、节能型单片开关电源集成电路。这意味着发电容量的节约和环境污染的减少。现代电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现,现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下,由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性,使器件性能对开关电源性能的影响减至最小,新型的开关电源电路拓扑和新型的控制技术,可使功率开关工作在零电压或零电流状态,从而可大大的提高工作频率,提高开关电源工作效率,设计出性能优良的集成开关电源。
2.2模块化的开关电源
模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。为了提高设计的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、 机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,开关电源模块化有以下优点:(1)分布式供电具有节能、高效经济、维护方便、可靠性高等优点。(2)适用于低损耗、超高速型集成电路低电压电源的供电要求。(3)当需要大功率输出时,可用小功率模块及控制集成电路做基本部件,组成积木式智能化大功率供电电源,其优点是减轻了对大功率元器件的研制压力。
2.3高频化的开关电源
