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開關電源模塊范文第1篇

關鍵詞：MSP430；開關電源；并聯DC/DC；電流調節

中圖分類號：TP368 文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 17-0000-01

Switching Power Supply Modules Parallel Power Supply System on MSP430 MCU

Xue Xiao1,2

(1.Nanyang Polytechnic,Nanyang473000,China;2.China University of Geosciences,Wuhan430074,China)

Abstract:In this paper,low-power MSP430 microcontrollers produced by two parallel power supply system,the use of integrated chip LM2596 converter output voltage 8V,power of 16W,the conversion efficiency of 65%,and maximum current up to 4.5A;two DC/DC module the current ratio can be automatically adjusted within 2%error.After testing, the basic part and the part played some of the indicators are in line with requirements.

Keywords:MSP430;Switching Power;Parallel supply DC/DC;Current regulator

根據2011年全國電子設計競賽A題題目要求：設計并制作一個由兩個額定輸出功率均為16W的8VDC/DC模塊構成的并聯供電系統。根據這一目標，設計了基于MSP430單片機的開關電源模塊并聯供電系統

一、理論分析與計算

（一）DC/DC變換器穩壓的方法。用開關電壓調節器進行電壓控制，采用LM2596電源管理單片集成電路，不僅可以輸出3A的電流，還擁有很好線性、功耗小、效率高、負載調節特點。電路簡單可靠，采用兩相同模塊并聯，可以輸出6A電流。輸入電壓為24V時，要求的輸出8V電壓剛好在可輸出電壓范圍內，從而達到了要求。

電壓輸出：

因此，系統電壓穩定在8V。

（二）電流電壓檢測。在輸出端串聯一個1Ω的電阻，通過運放衰減電路，采用MSP430單片機片內12位AD采集1Ω的電壓值，得到DC/DC模塊的電流。

ADC采樣電壓：

因此，單個DC/DC模塊的電流： （單位：A）

（三）均流方法。本設計主要根據PID算法，在鍵盤上輸入命令后，單片機動態調節電流比例，從而最終達到理想穩定的狀態。離散化公式：

當 時：

； ；

當 時：

； ； ；

對于LM2596來說，電流輸出比與FB端口的電壓比有關，單片機MSP430采集各個DC/DC模塊電流后通過片內DAC模塊控制FB端口，從而控制了電流的輸出比值

二、電路設計

（一）系統組成。系統包括MSP430單片機最小系統，兩個額定輸出功率為16W的8VDC/DC模塊，一個輸入命令的鍵盤，顯示檢測電壓值的液晶。鍵盤輸入命令后單片機根據命令利用片內ADC和DAC控制DC/DC模塊的電流比例，并且將采集的數據顯示在液晶上。

（二）DC/DC模塊設計。輸入的直流電源經過電感濾波后輸入到LM2596第一管腳，通過R3和R10調節目標電壓，通過以上計算公式公式得：R3為5.5KΩ

（三）測控電路。測控電路主要使用MSP430片內單片機ADC與DAC及鍵盤，在采集和控制電路上分別使用運放LM385電壓跟隨電路，并且在采集電路上進行1/2分壓，使信號剛好在ADC有效范圍內。

三、測試結果及分析

（一）基本要求測試

1.額定輸出功率下，負載電壓及效率

2.負載電流1A時，系統測試數據

3.負載電流1.5A時，系統測試數據

（二）發揮部分測試

1.負載電流0.5A-3.5A時，系統測試數據

開關電源模塊范文第2篇

1 引言

在發電廠和變電所中，為了給控制、信號、保護、自動裝置、事故照明和交流不停電電源等裝置供電，一般都要求有可靠的直流電源。為此，發電廠和110kV以上的變電所通常用蓄電池作為直流電源，但要求上述電源具有高度的可靠性和穩定性，并且其電源容量和電壓能在最嚴重的事故情況下保證用電設備的可靠工作。

另外，目前由于半導體功率器件、磁性材料等方面的原因，單個開關電源模塊的最大輸出功率只有上千瓦，而實際應用中往往需用幾十千瓦甚至幾百千瓦以上的開關電源為系統供電，因此，要通過電源模塊的并聯運行來實現。大功率電源系統需要采用若干臺開關電源并聯的形式，以滿足負載的功率要求。在并聯系統中，每個變換器應處理較小的功率以降低應力，還應采用冗余技術來提高系統的可靠性。電源并聯運行是電源產品模塊化、大容量化的一個有效方法，同時也是實現組合大功率電源系統的關鍵。

2 常用的均流方法

由于大功率電源負載需求的增加以及分布式電源系統的發展，開關電源并聯技術的重要性也日益增加。但是并聯的開關變換器在模塊間通常需要采用均流（Current sharing）措施。它是實現大功率電源系統的關鍵，其目的在于保證模塊間電源應力和熱應力的均勻分配，防止一臺或多臺模塊運行在電流極限（限流）狀態。因為并聯運行的各個模塊特性并不一致，外特性好（電壓調整率小）的模塊可承擔更多的電流，甚至過載，從而使某些外特性較差的模塊運行于輕載狀態，甚至基本上是空載運行。其結果必然加大了分擔電流多的模塊的熱應力，從而降低了可靠性。

    開關電源并聯系統常用的均流方法有：

（1）輸出阻抗法

（2）主從設置法

（3）按平均電流值自動均流法

（4）最大電流自動均流法（又叫自主均流法）。

直流模塊并聯的方案很多，但用于電力操作電源，都存在著這樣或者那樣的缺陷，其主要表現在：輸出阻抗法的均流精度太低；主從設置法和平均電流法都無法實現冗余技術，因而并聯電源模塊系統的可靠性得不到很好的保證；外加均流控制器法使系統變得過于復雜，不利于把這一技術轉化成實際的產品。而自主均流法以其均流精度高，動態響應好，可以實現冗余技術等特點，越來越受到產品開發人員的青睞。

所謂自主均流技術，就是在n個并聯模塊中，以輸出電流最大的模塊為主模塊，而以其余的模塊為從模塊。由于n個并聯模塊中，一般都沒有事先人為設定哪個模塊為主模塊，而是通過電流的大小自動排序，電流大的自然成為主模塊，“自主均流法”因此而得名。

3 220/10A整流模塊

筆者設計了一個220V/40A高頻開關電源，可用于發電廠、變電所、變電站等電力控制的直流屏系統。該設計方案采用4個220V/10A模塊并聯來實現模塊間的自主均流，從而為電力系統提供了一種重量更輕、體積更小、效率更高、安全性更好的整流模塊實現方案。由于篇幅所限，本文只介紹220V/10A整流模塊的實現方法。

高頻開關電源性能優于相控整流電源，它能否得到廣泛工業應用的關鍵是其可靠性，特別是當輸出直流電壓較高時應能可靠工作。除元器件及生產工藝等因素外，開關電源的可靠性主要取決于其主電路拓撲結構及控制方法。在設計該電源模塊時，筆者選用了可靠性很高的三相電流型PWM整流器來完成三相功率因數校正及移相全橋諧振拓撲，從而實現DC/DC轉換；PWM控制則采用電流型控制方法來實現。

3.1 三相PWM整流器

圖1所示是一種三相PWM整流器的主電路，該電路的每個橋臂均由2只IGBT和2只二極管組成。其中IGBT的驅動脈沖采用正弦PWM調制脈沖，這樣，輸入電流和輸出調制電壓Vd中就只含下式所示的諧波：

式中：Id為輸出電感中的電流；Vl為輸入線電壓有效值：P為0～60°區間內的脈沖數；M為調制系數，M=Uo/Um。

PWM整流器具有輸入功率因數高，輸入電流的低次諧波電流含量少，PWM調制脈沖易實現以及成本低等優點。

3.2 全橋DC/DC變換器

a.主電路拓撲

根據該高頻開關電源的輸出功率較大(220V、10A)且工作頻率較高(100kHz)等實際情況，筆者選用了全橋隔離式PWM變換器，圖2是其電路圖。

這種線路的優點有二：一是主變換器只需一個原邊繞組，通過正、反向電壓即可得到正、反向磁通，副邊繞組采用全橋全波整流輸出。因此變壓器鐵芯和繞組可得到最佳利用，從而使效率密度得到提高。二是功率開關可在非常安全的情況下運行。

b.控制與保護

DC/DC變換器采用峰值電流型PWM控制，并采用自主均流法實現多個模塊并聯運行時的均流控制。這種均流控制方法與電源模塊數目無關，且任意1個模塊發生故障或退出運行時，均不影響其它模塊的均流功能，從而真正實現了N+1冗余運行。

PWM脈沖寬度調制開關變換器的控制芯片采用UC3875移相專業控制芯片，該芯片主要應用于全橋變換器電路。它有電壓型和電流型控制模式可供選擇。UC3875具有限流、輸入過壓、輸出過壓、輸入欠壓等保護功能。自動均流電路采用以最大電流自動均流法為原理的集成均流芯片UC3907，應用UC3907可以調節電源模塊的電壓并實現并聯模塊間的均流。

    用于電力系統中的高頻開關電源可滿足的技術指標如下：

輸入交流電壓：380V；

紋波系數：≤0.5%；

電網頻率：50Hz；

功率因數：≥0.9；

輸出直流電壓：220V；

穩壓精度：≤0.5%；

模塊輸出電流：10A；

穩流精度：≤0.5%；

整機輸出電流：40A

均流不平衡度：≤0.5%。

開關電源模塊范文第3篇

【關鍵詞】廣電；專用饋電轉換電源裝置；設計；使用

中圖分類號：TM72文獻標識碼A文章編號1006-0278（2015）09-146-01

我國的饋電開關保護技術起步于20世紀50年代，經歷了模仿蘇美、西歐等先進國家的產品到自主開發、非智能化到智能化的發展歷程，饋電開關保護裝置為井下低壓供電提供了有力保障。目前，在廣播電視雙向網改造過程中，需要在網絡節點上安裝雙向網終端設備，由于戶外施工情況復雜，許多最佳改造位置無法取得220V電源供設備使用，重新選擇節點增加了改造成本和復雜度。

一、廣電專用饋電轉換電源裝置的結構原理

實用新型廣電專用饋電轉換裝置內部功能模塊包括：將同軸電纜輸入的30～60VAC電源轉換為直流電壓的交直流轉換模塊、通過開關電源將寬電壓范圍的低壓直流轉換為穩定的高壓直流輸出的開關電源模塊、將穩定的高壓直流通過逆變器轉換為穩定的220VAC輸出的逆變模塊。逆變模塊的輸出端與EPON+EoC遠端設備（如EoC、ONU、小型交換機）的220VAC插座相連。

當同軸電纜饋送輸入電壓由于線路衰減電壓變化范圍達30～60VAC時，通過交直流轉換模塊內部的橋式整流、電容電感濾波扼流以及輸入高壓保護電路等，轉換為高低變化的低壓直流。低壓直流輸入開關電源模塊，開關電源通過內部電壓檢測和反饋電路，自動調節振蕩脈寬或頻率，達到輸出電壓穩定的目的，輸出穩定的200VDC直流高壓。逆變轉換模塊的功能是將直流高壓通過50Hz脈沖震蕩電路調制并通過電容電感充放電輸出220VAC交流正弦波，最終輸出穩定的供設備使用的工頻電壓。新型饋電轉換裝置采用高頻電子器件，自身能耗低，在空載時功耗低于3W。由于沒有笨重的變壓器，新型轉換裝置體積小便于在狹小箱體柜內安裝。新型轉換裝置采用的開關電源和逆變技術，自身輻射小，工作頻率遠低于傳輸信號頻率，不會對電視信號和數字信號產生輻射干擾。該新型裝置工作時，室外工作環境適應性強，當輸入電壓、負載、環境溫度、濕度、氣壓在一定范圍內變化時，可自動檢測和矯正并輸出穩定的220VAC電壓。該轉換電源裝置的單個成本在200元以內，批量生產成本可大幅度降低。裝置內部模塊采用的開關電源技術和逆變電源技術是公知的成熟技術。

二、廣電專用饋電轉換電源裝置的設計和使用

（一）廣電專用饋電轉換電源裝置的結構設計

圖1是實用新型廣電專用饋電轉換裝置的結構框圖，其中饋電設備為遠端低壓饋電器。饋電轉換電源由交直流模塊、開關電源模塊、逆變轉換模塊三大功能模塊組成。用電設備為ONU、EoC等用戶局端設備以及小型交換機。饋電轉換裝置具有饋電和信號環出功能接口，可繼續給下級放大器供給饋電和信號。

（二）廣電專用饋電轉換電源裝置的使用效果

在饋電轉換電源裝置的實際使用中，輸出功率受內部開關晶體管功率、饋送同軸電纜的阻值、饋電器內阻（功率）影響，如遠端饋電器距離饋電轉換電源裝置較遠時，饋送入饋電轉換裝置的電壓達不到30VAC，就需要采用內阻較小、功率較大的饋電器，也可將饋電器向前級移動，減少兩設備間距離，或者采用更大外徑、內阻更小的同軸電纜。我單位在實際使用的新型饋電轉換裝置自身與負載功率合計小于100W，按照有線電視一臺4模塊放大器功率一般在100W以上相比較，饋電轉換電源對線路影響小，完全可以通過線路調整實現對雙向網設備的供電。采用饋電轉換電源，還適用于間歇性停電、外電電壓不穩易造成用電設備損壞的環境，只要同軸電纜饋電正常，就可以采用遠端饋送的低壓交流電轉換為穩定持續的220VAC輸出。饋電轉換電源還可以作為有線電視工作者在網絡施工檢修中應急電源使用，可以為筆記本電腦等設備充電，為光纖熔接機提供電源，為光纖和電纜檢修測試儀器提供臨時用電。

三、結語

總而言之，根據當前饋電開關保護技術存在的問題，采用饋電轉換電源，可以采用遠端饋送的低壓交流電轉換為穩定持續的220VAC輸出，并能夠進一步作為有線電視工作者在網絡施工檢修中應急電源使用，為光纖和電纜檢修測試儀器提供臨時用電，為廣電電網安全可靠的運行提供了有力保障。

參考文獻：

開關電源模塊范文第4篇

摘要：開關電源高頻小型

1引言

隨著電力電子技術的告訴發展，電力電子設備和人們的工作、生活的關系日益密切，而電子設備都離不開可靠的電源，進入80年代計算機電源全面實現了開關電源化，率先完成計算機的電源換代，進入90年代開關電源相繼進入各種電子、電器設備領域，程控交換機、通訊、電子檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用了開關電源，更促進了開關電源技術的迅速發展。開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關晶體管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。開關電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關電源，這一成本反轉點。隨著電力電子技術的發展和創新，使得開關電源技術在不斷地創新，這一成本反轉點日益向低輸出電力端移動，這為開關電源提供了廣泛的發展空間。

開關電源高頻化是其發展的方向，高頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的應用領域，非凡是在高新技術領域的應用，推動了高新技術產品的小型化、輕便化。另外開關電源的發展和應用在節約能源、節約資源及保護環境方面都具有重要的意義。

2開關電源的分類

人們的開關電源技術領域是邊開發相關電力電子器件，邊開發開關變頻技術，兩者相互促進推動著開關電源每年以超過兩位數字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發展。開關電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/DC變換器現已實現模塊化，且設計技術及生產工藝在國內外均已成熟和標準化，并已得到用戶的認可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進程中，碰到較為復雜的技術和工藝制造新問題。以下分別對兩類開關電源的結構和特性作以闡述。

2.1DC/DC變換

DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調制方式Ts不變，改變ton（通用），二是頻率調制方式，ton不變，改變Ts（易產生干擾）。其具體的電路由以下幾類摘要：

（1）Buck電路——降壓斬波器，其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓Ui，極性相同。

（2）Boost電路——升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于輸入電壓Ui，極性相同。

（3）Buck-Boost電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。

（4）Cuk電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓UI,極性相反，電容傳輸。

當今軟開關技術使得DC/DC發生了質的飛躍，美國VICOR公司設計制造的多種ECI軟開關DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應的功率密度為（6、2、10、17）W/cm3，效率為（80-90）%。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關技術的高頻開關電源模塊RM系列，其開關頻率為（200~300）kHz，功率密度已達到27W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二極管），是整個電路效率提高到90%。

2.2AC/DC變換

AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負載的稱為“整流”，功率流由負載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因碰到平安標準（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流輸入側必須加EMC濾波及使用符合平安標準的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內部的高頻、高壓、大電流開關動作，使得解決EMC電磁兼容新問題難度加大，也就對內部高密度安裝電路設計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關使得電源工作消耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進程，因此必須采用電源系統優化設計方法才能使其工作效率達到一定的滿足程度。

AC/DC變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數可分為，單項、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。

3開關電源的選用

開關電源在輸入抗干擾性能上，由于其自身電路結構的特征（多級串聯），一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過，在輸出電壓穩定度這一技術指標上和線性電源相比具有較大的優勢，其輸出電壓穩定度可達（0.5~1）%。開關電源模塊作為一種電力電子集成器件，在選用中應注重以下幾點摘要：

3.1輸出電流的選擇

因開關電源工作效率高，一般可達到80%以上，故在其輸出電流的選擇上，應準確測量或計算用電設備的最大吸收電流，以使被選用的開關電源具有高的性能價格比，通常輸出計算公式為摘要：

Is=KIf

式中摘要：Is—開關電源的額定輸出電流；

If—用電設備的最大吸收電流；

K—裕量系數，一般取1.5~1.8；

3.2接地

開關電源比線性電源會產生更多的干擾，對共模干擾敏感的用電設備，應采取接地和屏蔽辦法，按ICE1000．EN61000．FCC等EMC限制，外形開關電源均采取EMC電磁兼容辦法，因此開關電源一般應帶有EMC電磁兼容濾波器。如利德華福技術的HA系列開關電源，將其FG端子接大地或接用戶機殼，方能滿足上述電磁兼容的要求。

3.3保護電路

開關電源在設計中必須具有過流、過熱、短路等保護功能，故在設計時應首選保護功能齊備的開關電源模塊，并且其保護電路的技術參數應和用電設備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設備或開關電源。

4開關電源技術的發展動向

開關電源的發展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關電源輕、小、薄的關鍵技術是高頻化，因此國外各大開關電源制造商都致力于同步開發新型高智能化的元器件，非凡是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（Mn-Zn）材料上加大科技創新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs）下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項關鍵技術。SMT技術的應用使得開關電源取得了長足的進展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關電源的輕、小、薄。開關電源的高頻化就必然對傳統的PWM開關技術進行創新，實現ZVS、ZCS的軟開關技術已成為開關電源的主流技術，并大幅提高了開關電源工作效率。對于高可靠性指標，美國的開關電源生產商通過降低運行電流，降低結溫等辦法以減少器件的應力，使得產品的的可靠性大大提高。

開關電源模塊范文第5篇

現代電源技術是應用電力電子半導體器件，綜合自動控制、計算機(微處理器)技術和電磁技術的多學科邊緣交又技術。在各種高質量、高效、高可靠性的電源中起關鍵作用，是現代電力電子技術的具體應用。

當前，電力電子作為節能、節才、自動化、智能化、機電一體化的基礎，正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化的方向發展。在不遠的將來，電力電子技術將使電源技術更加成熟、經濟、實用，實現高效率和高品質用電相結合。

一、電力電子技術的發展

現代電力電子技術的發展方向，是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學，向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代，并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件，表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。

1.1整流器時代

大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供，但是大約20%的電能是以直流形式消費的，其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電，因此在六十年代和七十年代，大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮，目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。

1.2逆變器時代

七十年代出現了世界范圍的能源危機，交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代，隨著變頻調速裝置的普及，大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出，靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變，但工作頻率較低，僅局限在中低頻范圍內。

1.3變頻器時代

進入八十年代，大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展，為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合，出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世，導致了中小功率電源向高頻化發展，而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現，又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世，是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計，到1995年底，功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步，而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率，使其性能更加完善可靠，而且使現代電子技術不斷向高頻化發展，為用電設備的高效節材節能，實現小型輕量化，機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。

二、現代電力電子的應用領域

2.1計算機高效率綠色電源

高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會，同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代，計算機全面采用了開關電源，率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。

計算機技術的發展，提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源，根據美國環境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規定，桌上型個人電腦或相關的設備，在睡眠狀態下的耗電量若小于30瓦，就符合綠色電腦的要求，提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言，電源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高頻開關電源

通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中，通常將整流器稱為一次電源，而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中，傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代，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/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。

因通信設備中所用集成電路的種類繁多，其電源電壓也各不相同，在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊，從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓，這樣可大大減小損耗、方便維護，且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上，對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加，通信電源容量也將不斷增加。

2.3直流-直流(DC/DC)變換器

DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓，這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制，同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能，并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源)，同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。

通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化，模塊采用高頻PWM技術，開關頻率在500kHz左右，功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展，要求電源模塊實現小型化，因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構，目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊，功率密度有較大幅度的提高。

2.4不間斷電源(UPS)

不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流，一部分能量給蓄電池組充電，另一部分能量經逆變器變成交流，經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量，另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。

現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件，電源的噪聲得以降低，而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入，可以實現對UPS的智能化管理，進行遠程維護和遠程診斷。

目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速，已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。

2.5變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速，其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要，已獲得巨大的節能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓，然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器，將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出，電源輸出波形近似于正弦波，用于驅動交流異步電動機實現無級調速。

國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期，日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年，其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調，96年引進生產線生產變頻空調器，逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外，還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略，精選功能組件，是空調變頻電源研制的進一步發展方向。

2.6高頻逆變式整流焊機電源

高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源，代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化，這種電源更有著廣闊的應用前景。

逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流，IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波，經高頻變壓器耦合，整流濾波后成為穩定的直流，供電弧使用。

由于焊機電源的工作條件惡劣，頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中，因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題，也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器，通過對多參數、多信息的提取與分析，達到預知系統各種工作狀態的目的，進而提前對系統做出調整和處理，解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A，負載持續率60%，全載電壓60~75V，電流調節范圍5~300A，重量29kg。

2.7大功率開關型高壓直流電源

大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV，電流達到0.5A以上，功率可達100kW。

自從70年代開始，日本的一些公司開始采用逆變技術，將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻，然后升壓。進入80年代，高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件，將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源，取消了高壓變壓器油箱，使變壓器系統的體積進一步減小。

國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制，市電經整流變為直流，采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓，然后由高頻變壓器升壓，最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下，輸出直流電壓達到55kV，電流達到15mA，工作頻率為25.6kHz。

2.8電力有源濾波器

傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時，將向電網注入大量的諧波電流，引起諧波損耗和干擾，同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象，即所謂“電力公害”，例如，不可控整流加電容濾波時，網側三次諧波含量可達(70~80)%，網側功率因數僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置，能克服傳統LC濾波器的不足，是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓，還反饋輸入平均電流;(2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。

2.9分布式開關電源供電系統

分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規模控制集成電路作基本部件，利用最新理論和技術成果，組成積木式、智能化的大功率供電電源，從而使強電與弱電緊密結合，降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力，提高生產效率。

八十年代初期，對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期，隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現，結合大規模集成電路和功率元器件技術，使中小功率裝置的集成成為可能，從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始，這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點，論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。

分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納，也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合，如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。

三、高頻開關電源的發展趨勢

在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源，傳統的電路非常龐大而笨重，如果采用高頓開關電源技術，其體積和重量都會大幅度下降，而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中，更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率，從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術，更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。

3.1高頻化

理論分析和實踐經驗表明，電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz，提高400倍的話，用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機，還是通訊電源用的開關式整流器，都是基于這一原理。同樣，傳統“整流行業”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造，成為“開關變換類電源”，其主要材料可以節約90%或更高，還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高，促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化，帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益，更可體現技術含量的價值。

3.2模塊化

模塊化有兩方面的含義，其一是指功率器件的模塊化，其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊，含有一單元、兩單元、六單元直至七單元，包括開關器件和與之反并聯的續流二極管，實質上都屬于“標準”功率模塊(SPM)。近年，有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去，構成了“智能化”功率模塊(IPM)，不但縮小了整機的體積，更方便了整機的設計制造。實際上，由于頻率的不斷提高，致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重，對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性，有些制造商開發了“用戶專用”功率模塊(ASPM)，它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中，使元器件之間不再有傳統的引線連接，這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計，達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片，再把整個模塊固定在相應的散熱器上，就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見，模塊化的目的不僅在于使用方便，縮小整機體積，更重要的是取消傳統連線，把寄生參數降到最小，從而把器件承受的電應力降至最低，提高系統的可靠性。另外，大功率的開關電源，由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮，一般采用多個獨立的模塊單元并聯工作，采用均流技術，所有模塊共同分擔負載電流，一旦其中某個模塊失效，其它模塊再平均分擔負載電流。這樣，不但提高了功率容量，在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求，而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊，極大的提高系統可靠性，即使萬一出現單模塊故障，也不會影響系統的正常工作，而且為修復提供充分的時間。

3.3數字化

在傳統功率電子技術中，控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代，電力電子技術完全是建立在模擬電路基礎上的。但是，現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要，數字信號處理技術日趨完善成熟，顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調，也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以，在八、九十年代，對于各類電路和系統的設計來說，模擬技術還是有用的，特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決，離不開模擬技術的知識，但是對于智能化的開關電源，需要用計算機控制時，數字化技術就離不開了。

3.4綠色化

電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電，這意味著發電容量的節約，而發電是造成環境污染的重要原因，所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染，國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準，如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上，許多功率電子節電設備，往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流，使總功率因數下降，使電網電壓耦合許多毛刺尖峰，甚至出現缺角和畸變。20世紀末，各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生，有了多種修正功率因數的方法。這些為2l世紀批量生產各種綠色開關電源產品奠定了基礎。