基本概念
在20世紀(jì)80年代，開(kāi)關(guān)電源(簡(jiǎn)稱SMPS)在計(jì)算機(jī)電源中得到了全面實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)電源的替代工作也首次完成。20世紀(jì)90年代以來(lái)，SMPS相繼進(jìn)入電子電氣設(shè)備的各個(gè)領(lǐng)域。SMPS在程控交換機(jī)、通信、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等方面得到了廣泛應(yīng)用，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們工作、生活的關(guān)系日益密切，電子設(shè)備離不開(kāi)可靠的電源。推動(dòng)了SMPS技術(shù)的快速發(fā)展。SMPS是一種利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)控制開(kāi)關(guān)晶體管導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間比以保持穩(wěn)定輸出電壓的電源。SMPS一般由脈寬調(diào)制控制集成電路和金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管組成。與線性電源相比，SMPS的成本隨著輸出功率的增加而增加，但SMPS和線性電源的增長(zhǎng)率不同。在某個(gè)輸出功率點(diǎn)，即成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)，線性功率成本高于SMPS。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，SMPS技術(shù)不斷創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)也越來(lái)越向低輸出功率側(cè)移動(dòng)，為SMPS提供了廣闊的發(fā)展空間。高頻的SMPS是它的發(fā)展方向。高頻使SMPS小型化，使SMPS進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是高科技領(lǐng)域，促進(jìn)了高科技產(chǎn)品的小型化和便攜性。此外，SMPS的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用對(duì)節(jié)能、資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。
SMPS是通過(guò)電路控制開(kāi)關(guān)管來(lái)開(kāi)啟和關(guān)閉高速通道的。它把直流電轉(zhuǎn)換成高頻交流電供給變壓器變換，從而產(chǎn)生一組或多組所需的電壓！之所以改用華為的高頻交流，是因?yàn)樽儔浩髯儔浩麟娐分懈哳l交流的效率遠(yuǎn)高于50Hz。所以開(kāi)關(guān)變壓器能做的很少，工作的時(shí)候也不是很熱！成本很低。如果不把50Hz改成高頻，SMPS就沒(méi)有意義了?。￠_(kāi)關(guān)也不神秘。它只是一個(gè)普通的變壓器！這是SMPS。SMPS大致可以分為兩種類型:孤立型和非孤立型。隔離變壓器必須有開(kāi)關(guān)變壓器，但非隔離變壓器可能沒(méi)有。
相同功率下，開(kāi)關(guān)頻率越高，開(kāi)關(guān)變壓器體積越小，但對(duì)開(kāi)關(guān)管的要求越高；變壓器的次級(jí)可以有多個(gè)繞組，或者一個(gè)繞組可以有多個(gè)抽頭，以獲得所需的輸出；一般應(yīng)增加一些保護(hù)電路，如空載和短路保護(hù)，否則可能會(huì)燒毀SMPS。
SMPS的分類
SMPS人的技術(shù)領(lǐng)域是在發(fā)展開(kāi)關(guān)變頻技術(shù)的同時(shí)發(fā)展相關(guān)的電力電子器件。它們之間的相互促進(jìn)，推動(dòng)了SMPS向輕、小、薄、低噪聲、高可靠性、抗干擾等方向發(fā)展，年增長(zhǎng)率超過(guò)兩位數(shù)。SMPS可以分為兩類:AC/DC和DC/DC。DC/DC轉(zhuǎn)換器已經(jīng)模塊化，設(shè)計(jì)技術(shù)和生產(chǎn)工藝在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，得到了用戶的認(rèn)可。然而，AC/DC模塊化由于其自身的特點(diǎn)，在模塊化過(guò)程中遇到了更加復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問(wèn)題。下面分別描述兩種SMPS的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。
交流/DC轉(zhuǎn)換
交流/DC轉(zhuǎn)換是將交流轉(zhuǎn)換成DC，其功率流可以是雙向的。從電源流向負(fù)載的功率稱為“整流”，從負(fù)載流向電源的功率稱為“有源逆變器”。交流/DC轉(zhuǎn)換器的輸入為50/60Hz交流。因?yàn)楸仨殞?duì)其進(jìn)行整流和濾波，所以體積相對(duì)較大的濾波電容必不可少。同時(shí)，由于安全標(biāo)準(zhǔn)的限制(如UL、CCEE等。)和EMC說(shuō)明(如IEC、FCC、CSA)，交流輸入側(cè)必須加裝EMC濾波器，使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元器件，限制了交流/DC電源的小型化。此外，由于內(nèi)部高頻、高壓、大電流開(kāi)關(guān)，解決EMC電磁兼容問(wèn)題更加困難，這也對(duì)內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計(jì)提出了很高的要求。出于同樣的原因，高壓大電流開(kāi)關(guān)增加了功耗，限制了交流/DC轉(zhuǎn)換器的模塊化進(jìn)程。因此，必須采用供電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，才能達(dá)到一定的滿意度。
交流/DC轉(zhuǎn)換根據(jù)電路的連接方式可分為半波電路和全波電路。根據(jù)電源相數(shù)，可分為單相、三相和多相。根據(jù)電路的工作象限，可分為一象限、二象限、三象限和四象限。
DC/DC轉(zhuǎn)換
DC/DC轉(zhuǎn)換是將固定DC電壓轉(zhuǎn)換為可變DC電壓，也可以稱為DC斬波器。斬波器的工作模式有兩種，其一是脈寬調(diào)制Ts不變，改變Ton(通用)，另一種是調(diào)頻Ton不變，改變Ts(容易造成干擾)。特定電路包括以下類別:
(1)升壓電路：升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于輸入電壓Ui，極性相同。
(2)降壓電路：降壓斬波器，其平均輸出電壓Uo小于輸入電壓Ui，極性相同。
(3)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。如今，軟交換技術(shù)在DC/DC取得了質(zhì)的飛躍。
(4)降壓升壓電路：降壓或升壓斬波器，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。
SMPS的基本原則
簡(jiǎn)單地說(shuō)，SMPS的工作原理是:
1.交流電源輸入經(jīng)整流濾波后進(jìn)入DC；
2.通過(guò)高頻脈寬調(diào)制信號(hào)控制開(kāi)關(guān)管，并將該DC施加到開(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)；
3.開(kāi)關(guān)變壓器次級(jí)感應(yīng)的高頻電壓通過(guò)整流濾波提供給負(fù)載；
4.輸出部分通過(guò)一定的電路反饋給控制電路，控制PWM占空比，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。
