均流集成电路

㈠ 均流电路工作原理

Droop法均流开关电源变换技术(图)
作者：航天科技集团五院五一○所 刘克承 王卫国 郭祖佑 日期：2006-1-1
对Droop法均流变换技术做了理论分析，建立了并联供电的热备份开关变换器的电路模型，进行了电路分析并给出了验证结果
引言
航天用电源系统的发展方向之一是用分布式电源系统代替集中式电源系统，其好处是使供配电系统设计简化，提高系统的整体可靠性。在分布式供配电系统中应用的DC/DC变换器为了进一步提高自身可靠性，一般采用并联备份方式，形成可靠性并联系统。
国内目前星上应用的DC/DC变换器常用的并联备份方式为冷备份方式(主份承担全部输出功率，主份出现故障，需遥控指令进行主备份切换)、温备份方式(主份承担全部输出功率，主份出现故障，备份自动输出工作)。
国外有资料表明，电子元器件在工作温度超过50℃时的寿命是常温25℃时的1/6，或者说电子元器件的失效率随温度升高大大增加。为了更进一步提高 DC/DC变换器工作寿命和可靠性，主要影响DC/DC变换器寿命的功率器件要合理设计使用工作应力，在并联供电系统中实现热备份方式(主备份同时工作， 各承担部分输出功率)。
本文主要通过对Droop法DC/DC变换器并联均流技术的研究，设计了一种基于反激式电路拓扑的两个DC/DC变换器并联输出的均流变换器。
单端反激电路的电路拓扑及工作原理
• 电路拓扑

图1 反激式变换器

反激式变换器是在基本Buck－Boost变换器中插入变压器形成的，线路组成见图1所示。变压器原边绕组其实是充当一个储能电感的作用，后文将叙述到初级电感量的设计将影响到反激式变换器的工作模式。

电路工作的第一阶段是能量存储阶段，此时开关管Tr导通，原边绕组电流Ip的线性变化遵循式(1)。

(1)

电路工作的第二阶段是能量传送阶段，此时开关管Tr关断，原边电流为零，副边整流二极管D导通，出现感生电流。并且按照功率恒定原则，副边绕组安匝值与原边安匝值相等。副边绕组电流Is遵循式(2)。

(2)

其中为副边绕组电压，为变压器副边的等效电感。
• 电路工作模式

(1)工作模式改变的条件

如图1所示的变换器，设开关管导通占空比为D1，二极管导通占空比为D2，工作周期为Ts，按稳态电感电流增量相等原则有：

(3)

连续模式时，D1期间(开关管导通，二极管截止)存储在L上的能量在D2期间(开关管截止，二极管导通)没有完全放完，故有：

(4)

不连续模式时，D1期间(开关管导通，二极管截止)存储在L上的能量在小于D2期间(开关管截止，二极管导通)已完全放完，故有：

(5)

从而可以推导临界连续的条件是：
D1+D2=1且每周期开始时的IP=0
故有：

(6)

其中，Lc为临界连续的电感值。
代入式(3)有：

(7)

利用状态空间平均法可以建立CCM模式下的反激变换器的小信号模型，如图2所示。

图2 CCM模式下的反激变换器的小信号模型

从中可以导出开环输出阻抗为：

(8)

其中

由式(8)可以看出，对设计好的Buck-Boost变换器，其输出阻抗仅为开关管导通比的函数。通过PWM控制开关管的导通占空比D，就可以控制变换器的开环输出阻抗。
Droop法均流原理
分布式电源系统并联使用的好处是可以实现电源模块化和标准化系统设计，可以实现冗余设计，提高系统的可靠性。但同时要求并联的电源之间采取均流(Current-sharing)措施，以保证并联电源模块之间的电流应力和热应力均匀分配。
Droop法又叫改变输出内阻法、斜率控制法、电压下垂法、外特性下垂法、输出特性斜率控制法，线路简单，易于实现；均流精度不高，适用于电压调整率要求不高的并联系统。

图3 开关电源电路模型

图4 开关电源的输出曲线
如图3所示的单个开关电源，它的输出特性曲线如图4所示，其输出电压Vo与负载电流Io的关系为：

(9)

图5 两台开关电源并联的电路模型
当两台开关电源按图5并联时，每个开关电源的负载电流为：

(10)

(11)

其中

图6 并联后开关电源的外特性斜率
从图6显见，外特性斜率小(即输出阻抗小)的电源，分配电流的增长量比外特性斜率大的电源增长量大。
Droop法实现均流的主要手段就是利用电流反馈调节每个变换器的外特性斜率，使并联变换器的输出阻抗接近一致，从而达到输出均流。
由前文所述，反激电路的输出阻抗为开关管导通占空比的函数，因此用反激电路实现Droop法均流的途径，应该通过电流检测信号控制开关管导通占空比来实现，或者说电流检测信号要参与PWM控制。
本文用Droop法设计了两个12V输出的并联DC/DC变换器，结构如图7所示，技术指标要求如下。

图7 Droop法均流DC-DC设计原理框图
输入电压：17V～32VDC；
输出电压：12VDC；
输出最大功率：30W；
工作频率：200kHz。
电压调整率：小于±3%；
负载调整率：小于±3%；
效率：大于70%；
纹波：于70mV。
设计结果
● 负载调整率
本文研究的反激式变换器的输出方式是离线式设计，而且电压采样信号没有从输出端直接采样，而是采用了磁隔离采样技术。这种设计可以不借助启动隔离电 路和隔离驱动电路而实现离线式输出，线路简单，但带来的缺点是负载调整率做不到很高。理论上很难把负载调整率做到±5%，有关文献介绍这种 设计(输出12V，电流从0.1～0.3A变化)可以实现的负载调整率±3%，本设计经过一些有效的措施，使得负载调整率在负载电流从 0.1～1.3A变化时达到±3%。
1. 变压器耦合

由于电压采样信号是通过变压器电压采样信号绕组耦合输出电压变化信号得到的，故信号耦合的好坏直接影响到输出电压负载调整率的好坏。经过反复试验，得到两点实践经验：
1. 变压器的绕制采用“三明治”式绕法，即初级绕组先绕一半，再绕次级绕组，绕后再将初级绕组剩余的匝数绕完，将次级绕组包裹在里面，这样漏感最小，见图8所示。

图8 变压器的绕制方法

2. 输出绕组和电压采样绕组并绕以实现最佳耦合效果。
2. 工作模式

经过试验发现，电路工作模式的不同对负载调整率影响也很大。当电路设计原边电感较大，工作于连续模式(CCM)时，使得负载变化引起的电流信号(峰值电感电流)波形斜率比较平(变化率小)，影响输出电压负载调整率；而电路工作于不连续模式(DCM)时，又影响效率。

所以经过反复试验，电路设计原边电感适中(变压器初级匝数调整为6匝)，电路工作于临界连续模式，结果对输出电压负载调整率有一定改善。
3. 电压采样信号

试验中还发现，减小电压取样绕组的输出阻抗等效于对电压采样信号有一定的放大效果，可以一定程度地改善输出电压负载调整率，如图9所示。

图9 减小电压取样绕组的输出阻抗可改善输出电压负载调整率
结论
根据本文的有关研究和讨论，以及结合设计中遇到的实际问题的解决，所设计的单端反激热备份均流开关电源性能比较好，各项输出参数见表1。

表1
两个并联DC-DC变换器的均流结果见图10。

图10 两个并联DC-DC变换器的均流结果
从结果来看,由于DC/DC1的输出阻抗小于DC/DC2的输出阻抗，稳态调整的结果DC/DC1的输出电流始终大于DC/DC2 的输出电流，输出电流的不平衡度为12.78%左右。
可以通过串联电阻调节DC/DC1的输出阻抗,能进一步降低不平衡度，但这样一来输出效率下降，二来导致输出负载调整率增大。
从设计结果看，基本实现了热备份DC/DC输出，整体效率和各项指标比较好地达到了设计要求。
参考文献
1. 张占松,蔡宣三著.开关电源的原理与设计. 电子工业出版社.2004.9
2. 周志敏,周纪海著.开关电源实用技术设计与应用. 人民邮电出版社. 2003.8
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4. 北京半导体器件五厂. 最新开关集成稳压器数据应用手册
5. 刘树棠译.信号与系统(第二版).西安交通大学出版社. 1999.11
6. Gene F.Franklin [美]J.David Powell,Abbas Emami-Naeini著. 动态系统的反馈控制. 朱齐丹,张丽珂,原新等译. 电子工业出版社.2004.5

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可以的 不过电路图忘了

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[图文18]单级功率因数校正在AC-PDP开关电源小型化设计中的应用
摘要：传统的交流等离子显示器（AC-PDP）开关电源采用的是功率因数校正加DC/DC变换的两级电路。针对其结构复杂，体积较大的缺点，设计了一种单级功率因数变换器，实现了小型化的目的。 关键词：单级功率因数校正；反激变换；彩色交流等离子显示器引言随着社会信息化的不断发展以及先进工艺的不断提高，作为大屏幕壁挂式电视和高质量多媒体信息显示的终端——彩色交流等离子...

[图文18]一种具有恒功率控制的单级功率因数校正电路
摘要：提出了一种具有恒功率控制的单级功率因数校正电路。该电路功率因数校正级工作在电流断续模式，具有较低的总谐波畸变和较高的功率因数。该电路的直接能量传递方式降低了直流母线电压并且提高了电路的效率。采用恒功率控制方式使得电路具有良好的输出特性。并通过仿真和实验结果证明了电路的可行性。 关键词：变换器；单级功率因数校正；恒功率控制引言近年来，功率因数校正（PFC）...

[图文18]改进的单级功率因数校正AC/DC变换器的拓扑综述
摘要：单级功率因数校正(简称单级PFC)由于控制电路简单、成本低、功率密度高在中小功率场合得到了广泛的应用。但是，单级PFC中存在一些问题，如储能电容电压随输入电压和负载的变化而变化，在输入高压或轻载时，电容电压可能达到上千伏；变换器的效率低；开关损耗大等缺点。介绍了几种改进的拓扑结构以解决这些问题。 关键词：功率因数校正；AC/DC变换器；单级 1 概述为了减...

锂离子电池的发展趋势2
摘要：综述了锂离子电池的发展趋势，简述了锂离子电池的充放电机理理论研究状况，总结归纳了作为核心技术的锂电池正负电极材料的现有的制备理论和近来发展动态，评述了正极材料和负极材料的各种制备方法和发展前景，重点介绍了目前该领域的问题和改进发展情况。 关键词：锂离子电池；电极材料；电循环容量；嵌锂化合物引言电子信息时代使对电源的需求快速增长。由于锂离子...

[图文18]锂离子电池的发展趋势
摘要：介绍了将电源模块并联，并构成冗余结构进行供电的好处，讲述了几种传统的并联均流电路，讨论了各种方式下的工作过程及优缺点，并对均流技术的发展做了展望。 关键词：并联；冗余；均流 1 概述随着电力电子技术的发展，各种电子装置对电源功率的要求越来越高，对电流的要求也越来越大，但受构成电源模块的半导体功率器件，磁性材料等自身性能的影响，单个开关电源模块的输出参数（如...

[图文18]蓄电池充电方法的研究
摘要：针对蓄电池的特点，研究了蓄电池充放电过程中的极化现象，提出和了几种充电方式，并展望了其发展前景。 关键词：蓄电池；充电；极化引言铅酸蓄电池由于其成本低，容量大，价格低廉而得到了广泛的使用。但是，若使用不当，其寿命将大大缩短。影响铅酸蓄电池寿命的因素很多，而采用正确的充电方式，能有效延长蓄电池的使用寿命。研究发现：电池充电过程对电池寿命影响最大...

[图文18]电源系统中多个子系统之间的电磁兼容问题
摘要：通过一个实例了在一个电源系统中多个子系统之间出现的电磁兼容问题，并且给出了解决方案。同时也提供了布局中应注意的细节问题。 关键词：电源；子系统；电磁兼容引言电子产品间会通过传导或者辐射等途径相互干扰，导致电子产品不能正常工作。因此，电磁兼容在电源产品设计中处于非常重要的地位，若处理不当会带来很多麻烦。开关电源是一个很强的骚扰源，这是由于开关管以很...

[图文18]PWM控制电路的基本构成及工作原理
摘要：介绍了PWM控制电路的基本构成及工作原理，给出了美国Silicon General生产的高性能集成PWM控制器SG的引脚排列和功能说明，同时给出了其在不间断电源中的应用电路。 关键词：PWM SG 控制器引言开关电源一般都采用脉冲宽度调制（PWM）技术，其特点是频率高，效率高，功率密度高，可靠性高。然而，由于其开关器件工作在高频通断状...

[图文18]解析几种有效的开关电源电磁干扰的抑制措施
摘 要 本文先了开关电源产生电磁干扰的机理, ,就目前几种有效的开关电源电磁干扰措施进行了比较，并为开关电源电磁干扰的进一步研究提出参考建议。 关键词 开关电源 电磁干扰 抑制措施&...

[图文18]锁相放大技术在蓄电池内阻检测中的应用
摘要：介绍了锁相放大技术的基本原理以及采用交流注入法在线测量蓄电池内阻的装置，详细介绍了该装置的工作大批量采用锁相放大技术实现内阻测量实际电路。在该装置中通过采用平衡调制解调芯片AD有效地抑制了噪声和干扰，并且简化了设计。 关键词：蓄电池内阻 交流注入法 锁相放大 AD 国内外的科研人员通过大量的实验发现，蓄电池的内阻与容量有着密切的关系，根据蓄电池内阻...

[图文18]SA三相PWM发生器的原理与应用
摘要：SA是英国MITEL推出的三相PWM发生器集成芯片。该芯片采用全数字化操作，工作方式灵活、频率范围宽、精度很高?并可与微处理器接口以实现智能化控制。文中介绍了该芯片的内部结构、引脚功能、主要特点和工作原理，给出了典型的应用电路。 关键词：PWM发生器；SA；微处理器1 SA的功能特点PWM控制技术是通过控制电路按一定规律来控制...

[图文18]新一代单片PFC+PWM控制器
摘要：CM是美国CMC半导体生产的新一代单片PFC+PWM控制器，该芯片采用了LETE（同步前沿PFC／后沿PWM技术）等多项专利技术，从而减小了电路中的滤波电容值且不再需要前馈电阻，同时具有绿色模式、软启动、故障检测、欠压、过压保护等功能，其主动式PFC（功率因子校正）可使功率因子接近于1。文中介绍了CM的主要特点、引脚功能及内部结构，给出电压模式及电流模式的应用电路。 ...

[图文18]4A高效化学电池充电器控制LTC
摘要：LTC是一种同步电流模式PWM降压转换开关电池充电控制器。该控制器的充电电流可编程，输出电流不小于4A，效率达96％，输出电压范围为3～28，适合于对多化学电池充电器的控制。文中介绍了LTC的功能特点?给出了它的应用电路。 关键词：频率合成器；分频器；电荷泵；LTC 1 概述LTC是美国凌特生产的一种恒流／恒压多化学...

[图文18]用负阻原理设计高稳定度CO
摘要：介绍了利用负阻原理、采用改进型克拉泼电路设计的高稳定度LC压控振荡器（CO），其频率范围为MHz~MHz。用ADS进行了仿真，最后给出了测量结果，实际表明它们是一致的。该电路采用相角补偿，提高了频率稳定度，降低了相位噪声。该方法设计简单、调试方便、成本低。 关键词：负阻 CO 克拉泼电路 相位噪声压控振荡器(C0)是锁相环路的重要组成部分。...

[图文18]DC-DC变换器AP控制方法的
摘要：随着电压调整模块（RM）输入容量的越来越大和动态要求的越来越严格，适应降压（AP）控制在RM中的应用被人们重新认识。本文对AR控制策略的有源法和无源法进行了理论，并采用一种新式检测方法实现AP控制，并通过比较实验证实了AP控制方法的优越性。 关键词：电压调整模块 降压控制 有源法 无源法 CPU和DSP对数据处理速度和容量的要求不断提高，对电源...

[图文18]IPM驱动和保护电路的研究
摘要：介绍了IPM的基本工作特性和常用IPM驱动和保护电路的设计方法，并给出了一个驱动和保护电路的设计实例。 关键词：IGBT（绝缘栅双极性晶体管） IPM（智能功率模块） PIC（功率集成电路）智能功率模块（IPM）是Intelligent Power Mole的缩写，是一种先进的功率开关器件，具有GTR(大功率晶体管)高电流密度、低饱和电压和耐高压的优点，...

[图文18]一种实用的逆变桥功率开关管门极关断箝位电路
摘要：针对1kA高频在线式UPS主功率电路的设计，并结合实际电路调试中所遇到的问题，提出了一种实用的电路——逆变桥功率开关管门极关断箝位电路,它可以有效地抑制开关管门极的干扰，从而提高电路的可靠性；同时给出了部分电路的实验波形和实验结果。 关键词：逆变 抑制 可靠性 箝位不间断电源（Uninterrupted Power Supply，简称UPS）是一种稳频、稳...

㈤ 电源的种类有哪些TV/DV/AV类的电源的主要IC有哪些型号

下面还有电源方面的说明，主要还应用到电源控制方面
1. 电力电子技术的发展

现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。

1.1 整流器时代

大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。

1.2 逆变器时代

七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。

1.3 变频器时代

进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

2. 现代电力电子的应用领域

2.1 计算机高效率绿色电源

高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。

计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的外围设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

2.2 通信用高频开关电源

通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。

2.3 直流-直流(DC/DC)变换器

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源), 同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

2.4 不间断电源(UPS)

不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。

目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。

2.5 变频器电源

变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器, 将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成高潮。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。

2.6 高频逆变式整流焊机电源

高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。

逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合, 整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。

由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。

国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。

2.7 大功率开关型高压直流电源

大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。

自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。

2.8 电力有源滤波器

传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;

(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。

2.9 分布式开关电源供电系统

分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。

八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。

分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。

3. 高频开关电源的发展趋势

在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

3.1 高频化

理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造, 成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。

3.2 模块化

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)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,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)。为了提高系统的可靠性,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(ASIC)。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,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。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。这样,不但提高了功率容量, 在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求, 而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。

3.3 数字化

在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。

3.4 绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电, 这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,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。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。

现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力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,设计出性能优良的开关电源。

总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。

㈥ 充电电路原理图解释

上图为充电器原理图，下面介绍工作原理。

1.恒流、限压、充电电路。该部分由02、R6、R8、ZD2、R9、R10和R13等元件组成。当接通市电叫，开关变压器T1次级感应出交流电压。经D4、C4整流滤波后提供约12.5V直流电压。一路通过R6、R1l、R14、LED3(FuL饱和指示灯)和R15形成回路，LED3点亮，表示待充状态：另一路电压通过R8限流，ZD2(5V1)稳压，再由并联的R9、R10和R13分压为Q2b极提供偏置，使Q2处于导通预充状态。恒流源机构由Q2与其基极分压电阻和ZD2等元件组成。当装入被充电池时12.5V电压即通过R6限流，经Q2的c—e极对电池恒流充电。这时由于Ul(Ul为软封装IC型号不详)与R6并联。R6两端的电压降使其①脚电位高于③脚，②脚就输出每秒约两个负脉冲。

使LED2(CH充电指示灯)频频闪烁点亮，表示正在正常充电。随着被充电池端电压的逐渐升高，即Q2 e极电位升高，升至设定的限压值(4.25V)时，由于Q2的b极电位不变，使Q2转入截止，充电结束。这时Q2c极悬空，Ul的③脚呈高电位，U1的②脚输出高电平，LED2熄灭。这时电流就通过R6、R11、R14限流对电池涓流充电，并点亮LED3。LED3作待充、饱和、涓流充电三重指示。

2.极性识别电路。此部分由R12和LEDl(TEST红色极性指示灯)构成。保护电路由Q3和R7等元件构成。假设被充电池极性接反了。

LED1就正偏点亮，警告应切换开关K，才能正常充电。如果电池一旦接反，Q3的I)极经R7获得正偏置，Q3导通，Q2的b极电位被下拉短路而截止，阻断了电流输出(否则电池就会被反充而报废)，从而保护了电池和充电器两者的安全。

㈦ 太阳能草坪灯的详细资料

太阳能草坪灯主要利用太阳能电池的能源来进行工作，当白天太阳光照射在太阳能电池上，把光能转变成电能存贮在蓄电池中，再由蓄电池在晚间为草坪灯的LED（发光二极管）提供电源。其优点主要为安全、节能、方便、环保等。
太阳能草坪灯控制器它包含一块我公司专项开发的集成电路（XD6601）以及部分外围元件。主要功能包含充电电路，驱动电路，光敏控制电路和脉宽调制电路等。
该控制器具有高转换效率：80~85％（典型值），可以减少太阳能电池版的功率要求；低启动电压：0.9V（最大值）；可调输出电流等特点。XD6601D为DIP8封装，安装极为方便。
太阳能草坪灯光源及电源系统设计方法由于太阳能草坪灯独特的优点，近年来得到迅速发展。草坪灯功率小，主要以装饰为目的，对可移动性要求高。另外，电路铺设困难，防水要求高，这些使得由太阳电池供电的草坪灯显示出许多前所未有的优势。尤其国外市场对太阳能草坪灯需求十分巨大，2002年，仅广东和深圳用于制造出口太阳能草坪灯消耗的太阳能电池就达到2MW，相当于当年国内太阳能电池产量的1/3，今年仍然保持强劲的发展势头，这是人们没有预料到的。同时，由于发展太快，有些产品技术上不够成熟，在光源的选择以及电路设计中存在许多缺陷，降低了产品的经济性和可靠性，浪费了许多资源。本文针对上述存在的问题，提出我们的看法，供生产太阳能草坪灯的工厂参考。

太阳能草坪灯光源的选择

目前多数草坪灯选用LED作为光源，LED寿命长，可以达到100000h以上，工作电压低，非常适合应用在太阳能草坪灯上。特别是LED技术已经经历了其关键的突破，并且其特性在过去5年中有很大提高，其性能价格比也有较大的提高。另外，LED由低压直流供电，其光源控制成本低，使调节明暗，频繁开关都成为可能，并且不会对LED的性能产生不良影响。还可以方便地控制颜色，改变光的分布，产生动态幻景，所以它特别适用在太阳能草坪灯上。但是LED有它许多固有的特性，使用时如果不注意就会造成不良后果。LED目前市场上销售的发光效率仅能达到15 lm�W，只能达到三色基色高效节能灯1�3，三色基色高效节能灯的发光效率可以达到50－60 lm�W，从价格上看，目前生产每1m的成本：三色基色高效节能灯（含电子镇流器）0．022元，2002年φ5mm白光LED价格为1．9－3．0元，目前生产每1m的成本价格相差悬殊。从使用寿命上看，三色基色高效节能灯（含电子镇流器）的寿命可以达到6000h，LED可以达到100000h以上，从表面上看LED寿命是三色基色高节能灯（含电子镇流器）的几十倍，但是事实并非如此。目前太阳能草坪灯大多数采用超高亮白光LED，它在20mA下超高亮白光LED光通维持率达到初始强度50％的时间（寿命）不到10000h，复旦大学电光源所曾经证明上述论点。这就是说，目前在许多情况下LED并非最好的太阳能草坪灯光源，除非它是低档的使用年限仅1－2年的太阳能草坪灯，或者是1W以下的太阳能草坪灯。对于1W以上的太阳能草坪灯，最好使用三色基色高效节能灯。目前有一些太阳能草坪灯用30－40只超高亮白光LED，输入功率2W以上，在这种情况下如果用三色基色高效节能灯，价格只有LED的1�10，光通量是原来的4倍，可喜的是现在已经研制成功2－10W的低压直流三色基色高效节能灯，寿命可以达到6000h。

根据上面分析，我们认为1W以下的小功率太阳能草坪灯，有调节明暗，频繁开关的功能，一般应该使用LED作为光源。但是在使用超高亮白光LED时特别要注意光通维持率问题，否则容易引起质量事故。对于功率较大的太阳能草坪灯，目前使用三色基色高效节能灯比较合理。这里要强调的是，以上结论仅仅是目前的分析，当LED技术水平提高以后，价格下降，以上结论需要调整。

升压电路效率的提高
小功率太阳能草坪灯一般都有升压电路，目前各厂家采用震荡电路，电感升压。电感采用标准色码电感器，标准色码电感器中使用开放磁路，磁通损失大，所以电路效率低。如果采用闭合磁路制造电感升压，如磁环，升压电路效率将有很大提高。我们曾经用φ10磁环制造电感，在同等条件下进行对照实验，对比样品分别是浙江宁波某工厂及江苏镇江某工厂生产的小功率太阳能草坪灯，采用闭合磁路制造电感要比采用标准色码电感器效率提高20％～40％。

（1）LED的特性接近稳压二极管，工作电压变化0．1V，工作电流可能变化20mA左右。为了安全，普通情况下使用串联限流电阻，极大的能量损失显然不适合太阳能草坪灯，并且LED亮度随工作电压变化。升压电路是一个好办法，也可以用简单的恒流电路，总之一定要自动限流，否则将损坏LED。
（2）一般LED的峰值电流50－100mA，反高能电池反接或者蓄电池空载，升压电路峰值电压过高时很可能超过这个极限，损坏LED。
（3）LED温度特性不好，温度上升5℃，光通量下降3％，夏季使用要注意。
（4）工作电压离散性大，同一型号，同一批次的LED工作电压都有一定差别，不宜并联使用。一定要并联使用，应该考虑均流。
（5）超高亮白光LED色温为6400L－3000K，目前低色温的超高亮白光LED尚没有进入市场，所以用超高亮白光LED制造的太阳能草坪灯光穿透能力比较差，所在光学设计上要注意。
（6）静电对超高亮白光LED影响很大，在安装时要有防静电设施，工人要佩带防静电手腕带，受静电伤害的超高亮白光LED当时可以凭眼睛看不出来，但是使用寿命将变短。
蓄电池充放电控制及温度补偿
由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，太阳能光伏发电系统中对蓄电池充放电控制要比普通蓄电池充放电控制复杂一些。太阳能草坪灯充放电控制电路设计的成功将决定产品的成功，一个正确的控制电路应该具有以下功能：防止反充电功能，防止过充电功能，防止蓄电池过放电功能，铅酸蓄电池的温度补偿功能。对于太阳能草坪灯来说，如果使用Ni－Cd电池，不需要防止蓄电池过放电功能，如果太阳能电池功率相对蓄电池不大的话，也可以不考虑防止过充电功能。这就是目前许多太阳能草坪灯都使用Ni－Cd电池的原因。但是如果使用其他电池就要考虑上面的功能。

（1）防止反充电功能。一般来说就是在太阳能电池回路中串联一个二极管，二极管防止反充电，这个二极管应该是肖特基二极管，肖特基二极管的压降比普通二极管低。
（2）防止过充电功能。可以在输入回路中串联或者并联一个泄放晶体管，电压鉴别电路控制晶体管的开关，较多余的太阳能电池能量通过晶体管泄放，保证没有过高的电压给蓄电池充电。关键是防止过充电压的选择，单节铅酸蓄电池为2．2V。
（3）除了Ni－Cd电池外，其他蓄电池一般都需要防止蓄电池过放电功能，因为蓄电池过放会造成永久性损坏。需要注意的是太阳能电池系统一般相对蓄电池是小倍率放电，所以放电截止电压不宜过低。
（4）温度补偿，上面叙述蓄电池电压控制点是随着环境温度而变化的，所以太阳能草坪灯系统应该有一个受温度控制的基准电压。对于单节铅酸蓄电池是－3～－7mV�℃，我们通常选用－4mV�℃

系统组合中的几个问题
（1）光敏传感器。太阳能草坪灯需要光控开关，设计者往往会用光敏电阻来自动开关灯，实际上太阳能电池本身就是一个极好的光敏传感器，用它做光敏开关，特性比光敏电阻好。对于仅仅使用一只1．2VNi－Cd电池的太阳能草坪灯来说，太阳能电池组件由四片太阳能电池串联组成，电压低，弱光下电压更低，以至天没有黑电压已经低于0．7V，造成光控开关失灵。在这种情况下，只要加一只晶体管直接耦合放大，即可解决问题。
（2）按蓄电池电压高低控制负载大小。太阳能草坪灯往往对连续阴雨可维持时间要求很高，这就增加系统成本。我们在连续阴雨蓄电池电压降低时减少LED接入个数，或者减少太阳能草坪灯每天的发光时间，这样就能减少系统成本。
（3）太阳能电池封装形式。目前太阳能电池的封装形式主要有两种，层压和滴胶。层压工艺可以保证太阳能电池工作寿命25年以上，滴胶虽然当时美观，但是太阳能电池工作寿命仅仅1－2年。因此，1W以下的小功率太阳能草坪灯，在没有过高寿命要求的情况下，可以使用滴胶封装形式，对于使用年限有规定的太阳能草坪灯，建议使用层压的封装形式。
（4）闪烁变光。渐亮渐暗是节能的好办法，它一方面可以增加太阳能草坪照射效果，另一方面可以通过改变闪烁占空比控制蓄电池平均输出电流，延长系统工作时间，或者在同等条件下，可减小太阳能电池的功率，成本将大幅度下降。
（5）三色基色高效节能灯的开关速度。这个问题非常重要，它甚至决定着太阳能草坪灯的使用寿命，三色基色高效节能灯启动时有高达10－20倍的启动电流，系统在承受这样大的电流情况下可能电压有大幅度下降，太阳能草坪灯无法启动或者反复启动，直至损坏。