電源技術(shù)的應(yīng)用研究與發(fā)展趨勢

賈高松

摘 要：在整個電路設(shè)計中，電壓設(shè)計至關(guān)重要，是核心性的內(nèi)容，關(guān)乎電路的可靠性與穩(wěn)定性。本文全面分析了電源技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，對線性電源和開關(guān)電源進(jìn)行了原理性的分析，探討了二者之間的不同，對發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望，明確了綠色電源的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

關(guān)鍵詞：電源技術(shù)；應(yīng)用；發(fā)展趨勢

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.071

1 全面介紹電源技術(shù)的發(fā)展歷程

對于電源而言，類型較多，在形狀和尺寸方面都存在諸多差異。根據(jù)不同的電源電路工作實(shí)際，主要是由線性電源和新型開關(guān)電源構(gòu)成。線性電源發(fā)展時間久遠(yuǎn)，尤其是在集成電路和計算機(jī)面世之前，是主流電源類型。線性電源的組成為變壓器、二極管以及濾波電容器。線性電源的效率不高，發(fā)熱明顯。線性電源經(jīng)濟(jì)性突出，便于制作維修，應(yīng)用廣泛。對于開關(guān)電源，主要應(yīng)用在電子產(chǎn)品行列。

其復(fù)雜性十分突出，但是，在供電方面優(yōu)勢明顯，滿足較大電流的需要同時，能夠適應(yīng)多路電壓的環(huán)境，其所提供的電流明顯大于線性電源。同時，鑒于行業(yè)競爭的激烈，開關(guān)電源能夠以低價方式獲取。開關(guān)電源效率較高，工作時的溫度較低，重量較輕。但是，會產(chǎn)生一定的噪音，因此，在設(shè)計的時候，要實(shí)現(xiàn)電源主體與設(shè)備的隔離。開關(guān)電源的不足之處是部件較多，維修難度較大，同時，需要加載電源，以實(shí)現(xiàn)電源的產(chǎn)生和輸出。

2 全面進(jìn)行線性和開關(guān)電源的對比

2.1 對線性電源的介紹

線性穩(wěn)壓電源應(yīng)用較早。在整個線性電源中，其主要構(gòu)成為變壓器、濾波器、控制電路以及保護(hù)電路。在發(fā)生作用的過程中，在變壓器作用下，線性電源線將交流市電進(jìn)行變壓，發(fā)揮濾波器的作用，獲取不穩(wěn)定的支流電壓，在反饋的功能下調(diào)整輸出電壓，形成高精度的支流電壓。這種技術(shù)具有較高的成熟性，穩(wěn)定性突出，不會產(chǎn)生較大的波紋，同時，避免干擾和噪音的出現(xiàn)。但是，變壓器、濾波電容以及重量都較大，電源反饋電路會促使調(diào)整管產(chǎn)生電壓降，在遇到較大電流的時候，調(diào)整管會出現(xiàn)較大程度的功耗，影響轉(zhuǎn)化效率，需要散熱片給予支出，因此，與計算機(jī)設(shè)備不相適應(yīng)。

2.2 對開關(guān)電源的介紹

開關(guān)電源的主要構(gòu)成為輸入電路、變換器、控制電路以及輸出電路。在進(jìn)行工作的時候，先將低頻市電轉(zhuǎn)化為高壓直流電，添加至變壓器初級，發(fā)揮控制開關(guān)的作用，促使高壓直流信號轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l高壓方波信號。在高頻變壓器的支持下，實(shí)現(xiàn)方波信號向高頻低壓交流信號的轉(zhuǎn)化。最后，在濾波器的應(yīng)用下，實(shí)現(xiàn)高頻低壓交流信號向低壓直流信號的轉(zhuǎn)化，整流為單相半波整流，信號保留在高頻低于信號上端位置，信號本質(zhì)是正向電壓。對于直流輸出值，其決定因素為半波整流后正向電壓的寬度，與開關(guān)管的開通時間有著直接的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)制的需求。當(dāng)直流電壓反饋到PWM電路之后，促使輸出的穩(wěn)定性增強(qiáng)，在耦合器的應(yīng)用下，達(dá)到前后級的隔離。

2.3 對線性電源與開關(guān)電源的比較

對于線性與開關(guān)電壓的差異，主要因素是電路中晶體管的工作狀態(tài)。線性電源如果處于工作放大狀態(tài)，晶體管能夠進(jìn)行有效的反饋和調(diào)節(jié)。但是，如果工作狀態(tài)為開關(guān)，那么晶體管就會產(chǎn)生高頻信號，此時為開關(guān)電源的特征。在線性電源的功率件的工作狀態(tài)為線性，效率不高，需要借助降壓裝置實(shí)現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)化，再發(fā)揮整流的作用，實(shí)現(xiàn)直流電壓的輸出。這在根本上增大了其體積，發(fā)熱量較大，噪聲突出，但是，比較適合于模擬電路，主要得益于其較小的紋波，調(diào)整了較好。

這種電源在實(shí)驗室、充電設(shè)備中應(yīng)用較多。而開關(guān)電源功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗不高，效率較強(qiáng)，但是，對變壓器的要求卻很高，需要借助高磁導(dǎo)率材料制作而成，體積較小，效率得到提升。

3 對電源未來發(fā)展趨勢的分析

3.1 重視電源模塊功率密度的提升

在當(dāng)前電源發(fā)展中，電源模塊轉(zhuǎn)換器的發(fā)展面臨挑戰(zhàn)，要在效率和功率密度方面進(jìn)行研究，另外，促使其具備低輸出電源和高輸出電流。另外，負(fù)載預(yù)偏壓。要具備較快的瞬態(tài)相應(yīng)。

3.2 切實(shí)提升電源轉(zhuǎn)換效率

鑒于電源系統(tǒng)的前端位置，AC-DC轉(zhuǎn)換器的效率和節(jié)能性需要更加突出。主要的影響因素有磁芯損耗、電磁干擾等。這就涉及到材料自身改進(jìn)，同時，與設(shè)計也關(guān)系密切。因此，要使用具有較低損耗的器件，改完電源性能，有效發(fā)揮諧振轉(zhuǎn)化技術(shù)的作用。

3.3 重視器件體積的縮小

目前，新型電源控制集成電路發(fā)展迅速，其尺寸縮小，引腳間距縮短，功能增加。采用了全新的控制方法和技術(shù)，添加高壓起動源。同時，同步整流技術(shù)促進(jìn)效率的提升。發(fā)展了功率半導(dǎo)體復(fù)合器，主要特征是高頻、高壓和大電流。

最新的CoolMOS系統(tǒng)，應(yīng)用了MOSFET封裝技術(shù)，采用了表面貼裝的ThinPAK后，能夠達(dá)到600V的電壓。在應(yīng)用表面貼裝MOS管的時候，可以在PCB板上進(jìn)行打孔，有效實(shí)現(xiàn)散熱的作用。

3.4 注重減少電源熱量的散發(fā)

對于線路損耗的降低，電源本身能耗影響較大，能夠?qū)崿F(xiàn)供電質(zhì)量的改善。電源能耗主要產(chǎn)生于電源和環(huán)境控制單元兩個部分，因此，需要立足這兩個方面進(jìn)行解決。在信息技術(shù)的支持下，電源產(chǎn)品在數(shù)字化方面的優(yōu)勢更加突出，借助數(shù)字化，有效降低了電源高頻諧波產(chǎn)生的干擾，避免非線性失真，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，尤其是可視化圖形的開發(fā)，更加方便技術(shù)人員操作使用。諸多電源技術(shù)能夠支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，擁有圖形化操作、完善監(jiān)控和管理等功能，備受關(guān)注。另外，電源的可靠性也備受關(guān)注。因此，要重視方案的選擇，應(yīng)用優(yōu)質(zhì)的器件，提升電源檢測技術(shù)，強(qiáng)化測試儀器設(shè)備的性能，以示波器為核心構(gòu)建測試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電源設(shè)計可靠性的增強(qiáng)。同時，要重視對缺陷的分析，提升設(shè)計效率，保證電源產(chǎn)品的一致性。

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