开关电源设计过程中需解决的问题

开关电源设计过程中需解决的问题

    一、效率与功率因数问题：

　　开关电源的特点是轻、小、高效率、高功率密度。开关电源的外形可以短、薄。最近有人在研究变压器折叠式绕组 ，其目的是提高功率密度，实现特定要求，满足各种需要。

　　开关电源效率较高时，损耗就很低，只有这样的开关电源才具有高功率密度。高效率是由多种因素决定的，最主要的因素是安全。只有彻底掌握开关电源的理论知识，具有丰富的工作经验，对开关电源进行精心设计、认真实验，并借助于优化设计和仿真设计，才能制造出优质的、高品位的开关电源。

　　一般开关电源的滤波电路是由单电容和电感组成的，由此引发出开关电源功率因数低的问题，原因是只有在正弦交流电压的瞬时值高于直流电压时，电网电压才对滤波电容充电，充电时间短，充电电流是尖峰状，偏离了正弦波。

　　有源功率因数校正器以反激式为基本电路，采用双环控制调节占空比使电路输出电压稳定，使输入电流紧随输入电压变化，功率因数达到或接近1的水平，效果非常明显。

　　随着开关电源的新技术不断取得进步，现在开关电源已经取得晶闸管整流电源，作为基础电源的48V、24V直流电源给电信通信系统带来了极大的经济效益和社会效益。电信通信系统容量大，一般为几千安甚至上万安培的电流，而且机房无人值守。这种大容量电源一般由几十个千瓦级别的开关电源模块并联才能满足要求，而且每个电源模块必须向控制系统提供电压、电流、温度、工作状态（运行、故障、均流）等方面的信息。不但如此，每个电源模块还必须能够接收控制系统的遥控指令，这就是所说的智能化高可靠性开关电源模块，这些电源模块还必须具有高功率因数。

　　二、器件原材料问题：

　　目前，市场上常用的电源控制IC集成电路有很多，品种也不上，但IC的集成度不算高，器件的技术参数分散性比较大，同一个工厂生产的IC它的技术参数相差5%至10%。能否将有源功率调整、脉宽调制、各种保护、监测、控制集于一体，将振荡变压器、二次整流滤波集于一体；能否将铁氧体磁心变压器实现纳米化平面变压器等等。这些是开关电源实现质的突破的关键问题。

　　高功率因数、高效率、高输出功率、低电压、大电流不应是目前的这条水平线，而应是电源功率提到百千瓦，工作频率达到5MHz以上，电源输出电流高达上千安培等等，这一切靠什么？当然是电子器件。器件是影响电子工业的拦路虎，体积大，重量重、功率密度低、电路损耗降不下来，这是实现器件真实的写照，好比20世纪50年代的电子管计算机，用三层楼才能安装一台计算机，开机运行只有50个小时，内存不到10MB。为什么这么大，运行时间这么短？是因为器件问题、集成度低的问题。现在的便携电子设备，比如笔记本苹果（Apple）MacBOOK Air，它的长是32.41 厘米，宽是22.71 厘米， 高是0.41 厘米，重是1,360.77 克。已经解决了器件体积问题、材料耐温问题和软件程序问题。

　　三、功率变换控制问题：

　　开关电源变换的形式有如下几种：AC/DC变换、DC/AC变换、AC/AC变换，以及DC/DC变换等，实现这些控制变换是以频率为基础，以改变电压为目的。软开关是开关电源领域里的一门新技术，虽然它的损耗很低，但难以实现高频化和小型化。想执行“软开关”，实现程序化，用程序软件进行控制功率变换，有待科学工作者进一步研究。我们知道，运用程序控制不确定参数有温度变量、电磁场变量、交流磁场强度变量、变换实现软件化，目前还存在一定的差距，有些难题需要突破。

　　四、开关电源生产工艺问题：

    开关电源应用越来越广泛，新的变换技术、新的电磁材料、新的电子器件、新的控制软件，不断出现，可做到数万千瓦比比皆是。近期变压器采用平面多层超薄固体变压器磁心用超微晶材料，它的工作频率可高达5至10MHz，效率可达到95%以上。功率密度为3~6W/立方厘米，功率因数高达0.99，能经受高温150℃、低温-40℃的考验，寿命在80000小时以上，这就是开关电源发展的宏伟趋势。所谓高标准，就是对未来开关电源的挑战：第一，能不能全面达到电磁兼容性的各项技术指标。第二，企业能不能大规模、稳定生产，或快捷地进行单项生产。据相关介绍，一台设计好了的开关电源，从元器件选用、电路PCB板的制作、元器件焊接、测试、老化，直到成品包装入库，最快时间只需要18分钟，产品完好率达98%。第三，按照人们的需要，能不能组装或拼装大容量、低电压的开关电源。

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