開關(guān)電源是一種采用開關(guān)停止控制的直流穩(wěn)壓電源。它以小型化和高效率的特性被普遍應(yīng)用于簡直一切的電子設(shè)備中,正逐步成為當今電源技術(shù)中的一種主流電源方式。但這種電源目前在技術(shù)上仍有諸多問題有待處理,既要堅持開關(guān)電源現(xiàn)有的高效率特性,又要更進一步地進步其效率,正是所需攻克的課題之一。
進步并堅持開關(guān)電源的效率,直承受開關(guān)電源自身的限制。如電源設(shè)備的小型化主要經(jīng)過高頻化和高密度化來完成,電路內(nèi)的半導(dǎo)體開關(guān)存在著開、關(guān)損耗,而這種損耗與開關(guān)頻率成正比關(guān)系,因而,高頻化會增加半導(dǎo)體開關(guān)的損耗;高密度化也會因散熱面積的減小而招致溫度升高,從而影響開關(guān)電源的效率,也影響它的牢靠性。只要進步效率,才是保證開關(guān)電源牢靠性的最有效的辦法;只要找出使開關(guān)電源效率降低的緣由,才干處理進步開關(guān)電源的效率問題1。
1開關(guān)電源效率降低的主要緣由
1.1開關(guān)管的驅(qū)動辦法有問題
(1) 過驅(qū)動;(2)欠驅(qū)動;(3)反向偏置電流不夠。
1.2變壓器或扼流圈有問題
(1)變壓器死心的飽和;(2)變壓器原邊和副邊線圈間的漏電感太大;(3)線圈或死心選擇不當;(4)將多股繞制時因繞線錯誤形成圈數(shù)不等的線圈并聯(lián)運用;(5)銅損與鐵損的不均衡。
1.3吸收電路的參數(shù)不適宜
1.4整流管特性方面的問題
(1)整流管的壓降太大;(2)整流管的反向恢復(fù)時間太長。
1.5其他輔助電路惹起的問題
(1)輔助電路的功率損耗太大;(2)假負載電流太大;(3)控制電路的異常振蕩。
等等,如圖1所示。
進步開關(guān)電源效率的途徑
1經(jīng)過改良開關(guān)管的驅(qū)動辦法進步效率
開關(guān)管的損耗與其基極的驅(qū)動電壓、電流的波形有直接的關(guān)系,理想的基極驅(qū)動波形如圖2所示。
在脈沖的前沿,使開關(guān)管的基極流過尖峰電流lbp的目的是縮短開端導(dǎo)通到完整導(dǎo)通所需的接通時間,來減小開關(guān)管的功率損耗。
基極電流Ib1是使開關(guān)管持續(xù)導(dǎo)通所需的,當Ib1大時,發(fā)射極–集電極間飽和壓降減小,若Ib1太大,則開關(guān)管的關(guān)斷特性變差,通常的理想值是Ib1為lc的1/5,假如集電極電流隨時間變化時,基極電流最好堅持與集電極電流成比例變化。比例的變化可采取電流互感器加上正反應(yīng)的辦法,在單管電路中,也可采用如圖3所示的電路,使基極電流I對集電極電流c依照Ib=icN1/N2的關(guān)系變化。
為避免因基極電流太大而增加開關(guān)管的存儲時間,可采用圖4的反向箱位電路。這種電路,當基極電流上升到使開關(guān)管的飽和壓降低于Uw時,二極管D,導(dǎo)通,阻止基極電流的進一步增加,可有效地避免過驅(qū)動。
在開關(guān)管關(guān)斷時,從圖2所示的波形看,采取加反向偏壓的辦法,可將開關(guān)管導(dǎo)通期間積聚在基區(qū)的載流子吸出,縮短開關(guān)管存儲時間,是進步效率極端重要的辦法。
圖5就是施加反向偏壓的電路。在電路中,當開關(guān)管關(guān)斷時,使T.z管導(dǎo)通,將反向電壓加于開關(guān)管的基極上。
2經(jīng)過改良吸收回路來進步效率
給開關(guān)管附加吸收電路,可避免開關(guān)管在關(guān)斷霎時發(fā)射極和集電極間呈現(xiàn)迅猛上升的電壓,保證不超動身射極–集電極電壓的平安工作范圍,同時也減少向外發(fā)出的干擾。但這種吸收電路假如一味地減小開關(guān)管的關(guān)斷功耗，當開關(guān)管接通時,吸收電路放出其中積存的能量,反而增加功率損耗,形成效率降低。因而,改良吸收回路也是進步效率的-一個重要方面。常用的改良吸收回路有兩種方式，即有內(nèi)部損耗的和能把吸收功率送回電源的。
(1)有內(nèi)部損耗的改良吸收回路如圖6所示。圖6(a)的電路在開關(guān)管關(guān)斷霎時有電流流過電容C和二極管D,使開關(guān)管的發(fā)射極-集電極間的電壓上升速度減慢。電阻R在開關(guān)管接通霎時,將電容C上的電荷疾速耗費,并對開關(guān)管集電極電流限流。二極管D在開關(guān)管關(guān)斷時,將電阻R短路以進步電容C的電壓吸收效果。
圖6(b)是將變壓器T的原副邊積存的能量轉(zhuǎn).移到電容C上,然后用電阻R將這局部能量耗費掉,也可把電阻R換成穩(wěn)壓二極管D,以防止能量的耗費。
(2)能把吸收功率送回電源的改良吸收回路如圖7所示。
只需應(yīng)用這些辦法,將吸收回路中吸收的能量送回電源,就可取得高效率,如將這些電路組合運用效果會更好。
3經(jīng)過其他途徑也能進步效率
除選好開關(guān)管之外,還要選好整流二極管,其目的是為了減少管子損耗。由于整流二極管的損耗是由二極管的特性決議的.所以必需選用正向壓降低、反向恢復(fù)時間短的二極管,在二極管的損耗方面,要留意在二極管電流上升速度快時,會呈現(xiàn)暫態(tài)正向壓降上升、損耗增加的問題。若是在輔助電源的小電流電容輸入式整流電路中,把兩只相同的二極管串聯(lián),固然正向壓降增加一倍,但開關(guān)損耗卻降低了。
變壓器和扼流圈只需契合優(yōu)化設(shè)計條件,就不會對效率產(chǎn)生很大的影響。另外,為了減小死心損耗,選用死心資料時盡量選用高頻低損耗的,如H7c1、H7c4、SB7等等。
綜上所述,進步開關(guān)電源效率的各種辦法較多、但大多為單一性辦法。由于短少辦法的綜合性,進步開關(guān)電源效率的效果有限。目前,進步開關(guān)電源效率實在可行的途徑,只能在器件資料的選用和電路的優(yōu)化設(shè)計上。
