隨著(zhù)電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設備都離不開(kāi)可靠的電源，進(jìn)入80年代計算機電源全面實(shí)現了開(kāi)關(guān)電源化，率先完成計算機的電源換代，進(jìn)入90年代開(kāi)關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設備領(lǐng)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(kāi)關(guān)電源，更促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源是利用現代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。開(kāi)關(guān)電源和線(xiàn)性電源相比，二者的成本都隨著(zhù)輸出功率的增加而增長(cháng)，但二者增長(cháng)速率各異。線(xiàn)性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開(kāi)關(guān)電源，這一成本反轉點(diǎn)。隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng )新，使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng )新，這一成本反轉點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開(kāi)關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。
開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應用在節約能源、節約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。
人們在開(kāi)關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開(kāi)發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開(kāi)發(fā)開(kāi)關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進(jìn)推動(dòng)著(zhù)開(kāi)關(guān)電源每年以超過(guò)兩位數字的增長(cháng)率向著(zhù)輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源可分為AC/DC 和 DC/DC兩大類(lèi)，也有AC/AC DC/AC如逆變器 DC/DC 變換器現已實(shí)現模塊化，且設計技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國內外均已成熟和標準化，并已得到用戶(hù)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(jìn)程中，遇到較為復雜的技術(shù)和工藝制造問(wèn)題。以下分別對兩類(lèi)開(kāi)關(guān)電源的結構和特性作以闡述。
自激式
是無(wú)須外加信號源能自行振蕩，自激式完全可以把它看作是一個(gè)變壓器反饋式振蕩電路。
微型低功率開(kāi)關(guān)電源
開(kāi)關(guān)電源正在走向大眾化，微型化。開(kāi)關(guān)電源將逐步取代變壓器在生活中的所有應用，低功率微型開(kāi)關(guān)電源的應用要首先體現在，數顯表、智能電表、手機充電器等方面?，F階段國家在大力推廣智能電網(wǎng)建設，對電能表的要求大幅提高，開(kāi)關(guān)電源將逐步取代變壓器在電能表上面的應用。
它激式
則完全依賴(lài)于外部維持振蕩，在實(shí)際應用中自激式應用比較廣泛。根據激勵信號結構分類(lèi);可分為脈沖調寬和脈沖調幅兩種，脈沖調寬是控制信號的寬度，也就是頻率，脈沖調幅控制信號的幅度，兩者的作用相同都是使振蕩頻率維持在某一范圍內，達到穩定電壓的效果。變壓器的繞組一般可以分成三種類(lèi)型，一組是參與振蕩的初級繞組，一組是維持振蕩的反饋繞組，還有一組是負載繞組。比如在家用電器中使用的上海正藝科技生產(chǎn)的開(kāi)關(guān)電源，將220V的交流電經(jīng)過(guò)橋式整流，變換成300V左右的直流電，濾波后進(jìn)入變壓器后加到開(kāi)關(guān)管的集電極進(jìn)行高頻振蕩，反饋繞組反饋到基極維持電路振蕩，負載繞組感應的電信號，經(jīng)整流、濾波、穩壓得到的直流電壓給負載提供電能。負載繞組在提供電能的同時(shí)，也肩負起穩定電壓的能力，其原理是在電壓輸出電路接一個(gè)電壓取樣裝置，監測輸出電壓的變化情況，及時(shí)反饋給振蕩電路調整振蕩頻率，從而達到穩定電壓的目的，為了避免電路的干擾，反饋回振蕩電路的電壓會(huì )用光電耦合器隔離。
產(chǎn)品發(fā)展
開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應用，推動(dòng)了開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展前進(jìn)，每年以超過(guò)兩位數字的增長(cháng)率向著(zhù)輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源可分為AC/DC和 DC/DC兩大類(lèi)，DC/DC變換器現已實(shí)現模塊化，且設計技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國內外均已成熟和標準化，并已得到用戶(hù)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(jìn)程中，遇到較為復雜的技術(shù)和工藝制造問(wèn)題。另外，開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應用在節約能源、節約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。
開(kāi)關(guān)電源中應用的電力電子器件主要為二極管、IGBT_和 MOSFET。
SCR在開(kāi)關(guān)電源輸入整流電路及軟啟動(dòng)電路中有少量應用，GTR驅動(dòng)困難，開(kāi)關(guān)頻率低，逐漸被IGBT和MOSFET取代。
技術(shù)發(fā)展動(dòng)向
開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開(kāi)關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國外各大開(kāi)關(guān)電源制造商都致力于同步開(kāi)發(fā)新型高智能化的元器件，特別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(chuàng )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(guān)鍵技術(shù)。SMT 技術(shù)的應用使得開(kāi)關(guān)電源取得了長(cháng)足的進(jìn)展，在電路板兩面布置元器件，以確保開(kāi)關(guān)電源的輕、小、薄。開(kāi)關(guān)電源的高頻化就必然對傳統的PWM開(kāi)關(guān)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng )新，實(shí)現ZVS、ZCS 的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)已成為開(kāi)關(guān)電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開(kāi)關(guān)電源的工作效率。對于高可靠性指標，美國的開(kāi)關(guān)電源生產(chǎn)商通過(guò)降低運行電流，降低結溫等措施以減少器件的應力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。
模塊化是開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統，可以設計成N+1冗余電源系統，并實(shí)現并聯(lián)方式的容量擴展。針對開(kāi)關(guān)電源運行噪聲大這一缺點(diǎn)，若單獨追求高頻化其噪聲也必將隨著(zhù)增大，而采用部分諧振轉換電路技術(shù)，在理論上即可實(shí)現高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉換技術(shù)的實(shí)際應用仍存在著(zhù)技術(shù)問(wèn)題，故仍需在這一領(lǐng)域開(kāi)展大量的工作，以使得該項技術(shù)得以實(shí)用化。
電力電子技術(shù)的不斷創(chuàng )新，使開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)業(yè)有著(zhù)廣闊的發(fā)展前景。要加快我國開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，就必須走技術(shù)創(chuàng )新之路，走出有中國特色的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合發(fā)展之路，為我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展做出貢獻。
開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展和趨勢
1955年美國羅耶（GH.Roger)發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器，是實(shí)現高頻轉換控制電路的開(kāi)端，1957年美國查賽（Jen Sen)發(fā)明了自激式推挽雙變壓器，1964年美國科學(xué)家們提出取消工頻變壓器的串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源的設想，這對電源向體積和重量的下降獲得了一條根本的途徑。到了19 69年由于大功率硅晶體管的耐壓提高，二極管反向恢復時(shí)間的縮短等元器件改善，終于做成了25千赫的開(kāi)關(guān)電源。
目前，開(kāi)關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應用于以電子計算機為主導的各種終端設備、通信設備等幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。目前市場(chǎng)上出售的開(kāi)關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的1 0 0 kHz，用M oS 一FET制成的5 0 0 kHz電源，雖已實(shí)用化，但其頻率有待進(jìn)一步提高。要提高開(kāi)關(guān)頻率，就要減少開(kāi)關(guān)損耗，而要減少開(kāi)關(guān)損耗，就需要有高速開(kāi)關(guān)元器件。然而，開(kāi)關(guān)速度提高后，會(huì )受電路中分布電感和電容或二極管中存儲電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這樣，不僅會(huì )影響周?chē)娮釉O備，還會(huì )大大降低電源本身的可靠性。其中，為防止隨開(kāi)關(guān)啟-閉所發(fā)生的電壓浪涌，可采用R-C或L-C緩沖器，而對由二極管存儲電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。不過(guò)，對1MHz 以上的高頻，要采用諧振電路，以使開(kāi)關(guān)上的電壓或通過(guò)開(kāi)關(guān)的電流呈正弦波，這樣既可減少開(kāi)關(guān)損耗，同時(shí)也可控制浪涌的發(fā)生。這種開(kāi)關(guān)方式稱(chēng)為諧振式開(kāi)關(guān)。目前對這種開(kāi)關(guān)電源的研究很活躍，因為采用這種方式不需要大幅度提高開(kāi)關(guān)速度就可以在理論上把開(kāi)關(guān)損耗降到零，而且噪聲也小，可望成為開(kāi)關(guān)電源高頻化的一種主要方式。當前，世界上許多國家都在致力于數兆Hz的變換器的實(shí)用化研究。
原理簡(jiǎn)介
開(kāi)關(guān)電源的工作過(guò)程相當容易理解，在線(xiàn)性電源中，讓功率晶體管工作在線(xiàn)性模式，與線(xiàn)性電源不同的是，PWM開(kāi)關(guān)電源是讓功率晶體管工作在導通和關(guān)斷的狀態(tài)，在這兩種狀態(tài)中，加在功率晶體管上的伏-安乘積是很小的（在導通時(shí)，電壓低，電流大;關(guān)斷時(shí)，電壓高，電流小)/功率器件上的伏安乘積就是功率半導體器件上所產(chǎn)生的損耗。
與線(xiàn)性電源相比，PWM開(kāi)關(guān)電源更為有效的工作過(guò)程是通過(guò)“斬波”，即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來(lái)實(shí)現的。脈沖的占空比由開(kāi)關(guān)電源的控制器來(lái)調節。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過(guò)變壓器來(lái)升高或降低。通過(guò)增加變壓器的二次繞組數就可以增加輸出的電壓組數。最后這些交流波形經(jīng)過(guò)整流濾波后就得到直流輸出電壓。
控制器的主要目的是保持輸出電壓穩定，其工作過(guò)程與線(xiàn)性形式的控制器很類(lèi)似。也就是說(shuō)控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器，可以設計成與線(xiàn)性調節器相同。他們的不同之處在于，誤差放大器的輸出（誤差電壓）在驅動(dòng)功率管之前要經(jīng)過(guò)一個(gè)電壓/脈沖寬度轉換單元。
開(kāi)關(guān)電源有兩種主要的工作方式:正激式變換和升壓式變換。盡管它們各部分的布置差別很小，但是工作過(guò)程相差很大，在特定的應用場(chǎng)合下各有優(yōu)點(diǎn)。
電路原理
所謂開(kāi)關(guān)電源，顧名思義，就是這里有一扇門(mén)，一開(kāi)門(mén)電源就通過(guò)，一關(guān)門(mén)電源就停止通過(guò)，那么什么是門(mén)呢，開(kāi)關(guān)電源里有的采用可控硅，有的采用開(kāi)關(guān)管，這兩個(gè)元器件性能差不多，都是靠基極、(開(kāi)關(guān)管）控制極（可控硅）上加上脈沖信號來(lái)完成導通和截止的，脈沖信號正半周到來(lái)，控制極上電壓升高，開(kāi)關(guān)管或可控硅就導通，由220V整流、濾波后輸出的300V電壓就導通，通過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器傳到次級，再通過(guò)變壓比將電壓升高或降低，供各個(gè)電路工作。振蕩脈沖負半周到來(lái)，電源調整管的基極、或可控硅的控制極電壓低于原來(lái)的設置電壓，電源調整管截止，300V電源被關(guān)斷，開(kāi)關(guān)變壓器次級沒(méi)電壓，這時(shí)各電路所需的工作電壓，就靠次級本路整流后的濾波電容放電來(lái)維持。待到下一個(gè)脈沖的周期正半周信號到來(lái)時(shí)，重復上一個(gè)過(guò)程。這個(gè)開(kāi)關(guān)變壓器就叫高頻變壓器，因為他的工作頻率高于50HZ低頻。那么推動(dòng)開(kāi)關(guān)管或可控硅的脈沖如何獲得呢，這就需要有個(gè)振蕩電路產(chǎn)生，我們知道，晶體三極管有個(gè)特性，就是基極對發(fā)射極電壓是0.65-0.7V是放大狀態(tài)，0.7V以上就是飽和導通狀態(tài)，-0.1V- —0.3V就工作在振蕩狀態(tài)，那么其工作點(diǎn)調好后，就靠較深的負反饋來(lái)產(chǎn)生負壓，使振蕩管起振，振蕩管的頻率由基極上的電容充放電的時(shí)間長(cháng)短來(lái)決定，振蕩頻率高輸出脈沖幅度就大，反之就小，這就決定了電源調整管的輸出電壓的大小。那么變壓器次級輸出的工作電壓如何穩壓呢，一般是在開(kāi)關(guān)變壓器上，單繞一組線(xiàn)圈，在其上端獲得的電壓經(jīng)過(guò)整流濾波后，作為基準電壓，然后通過(guò)光電耦合器，將這個(gè)基準電壓返回振蕩管的基極，來(lái)調整震蕩頻率的高低，如果變壓器次級電壓升高，本取樣線(xiàn)圈輸出的電壓也升高，通過(guò)光電耦合器獲得的正反饋電壓也升高，這個(gè)電壓加到振蕩管基極上，就使振蕩頻率降低，起到了穩定次級輸出電壓的穩定，太細的工作情況就不必細講了，也沒(méi)必要了解的那么細的，這樣大功率的電壓由開(kāi)關(guān)變壓器傳遞，并與后級隔開(kāi)，返回的取樣電壓由光耦傳遞也與后級隔開(kāi)，所以前級的市電電壓，是與后級分離的，這就叫冷板，是安全的，變壓器前的電源是獨立的，這就叫開(kāi)關(guān)電源。說(shuō)到這里吧。
開(kāi)關(guān)電源條件
開(kāi)關(guān)電源的電力電子器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)而不是線(xiàn)性狀態(tài)
高頻條件
電力電子器件工作在高頻而不是接近工頻的低頻
直流條件
開(kāi)關(guān)電源輸出的是直流而不是交流也可以輸出高頻交流如電子變壓器各種功能。
DC/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(chēng)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(chǎn)生干擾）。其具體的電路由以下幾類(lèi):
Buck電路
——降壓斬波器，其輸出平均電壓U0小于輸入電壓Ui，極性相同。
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。
Buck一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。
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。還有Sepic、 Zeta電路。
隔離型電路
上述為非隔離型電路，隔離型電路有正激電路、反激電路、半橋電路、全橋電路、推挽電路。
當今軟開(kāi)關(guān)技術(shù)使得 DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國_VICOR 公司設計制造的多種 ECI軟開(kāi)關(guān) 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(kāi)關(guān)技術(shù)的高頻開(kāi)關(guān)電源模塊RM系列，其開(kāi)關(guān)頻率為(200~300)kHz，功率密度已達到27W/cm3，采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二極管)，使整個(gè)電路效率提高到90%。
AC/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(chēng)為“整流”，功率流由負載返回電源的稱(chēng)為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經(jīng)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(shí)因遇到安全標準（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制(如IEC、、FCC、CSA) ，交流輸入側必須加EMC濾波及使用符合安全標準的元件，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(kāi)關(guān)動(dòng)作，使得解決EMC電磁兼容問(wèn)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(kāi)關(guān)使得電源工作損耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進(jìn)程，因此必須采用電源系統優(yōu)化設計方法才能使其工作效率達到一定的滿(mǎn)意程度。
AC/DC變換按電路的接線(xiàn)方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數可分為，單相、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。
