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大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。自從70年,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進一步減小。國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開關串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。開關電源將逐步取代變壓器在生活中的所有應用,低功率微型開關電源的應用要首先體現(xiàn)在,數(shù)顯表、智能電表、手機充電器等方面。
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開關電源不同于線性電源,開關電源利用的切換晶體管多半是在全開模式(飽和區(qū))及全閉模式(截止區(qū))之間切換,這兩個模式都有低耗散的特點,切換之間的轉換會有較高的耗散,但時間很短,因此比較節(jié)省能源,產(chǎn)生廢熱較少。理想上,開關電源本身是不會消耗電能的。電壓穩(wěn)壓是透過調整晶體管導通及斷路的時間來達到。相反的,線性電源在產(chǎn)生輸出電壓的過程中,晶體管工作在放大區(qū),本身也會消耗電能。開關電源的高轉換效率是其一大優(yōu)點,而且因為開關電源工作頻率高,可以使用小尺寸、輕重量的變壓器,因此開關電源也會比線性電源的尺寸要小,重量也會比較輕。模塊電源耐壓不良的原因電源模塊的耐壓值一般高達幾千伏,不過在應用或者測試中可能會出現(xiàn)達不到指標的情況。
直流DC/DC轉換器按輸入與輸出之間是否有電氣隔離可以分為兩類:一類是有隔離的稱為隔離式DC/DC轉換器;電源模塊是含有全集成功率晶體管和電感的開關穩(wěn)壓器,它和線性穩(wěn)壓器一樣可以很輕松地融入系統(tǒng)設計中。另一類是沒有隔離的稱為非隔離 式DC/DC轉換器。隔離式DC/DC轉換器也可以按有源功率器件的個數(shù)來分類。單管的DC/DC轉換器有正激式(Forward)和反激式(Flyback)兩種。DC/DC轉換器 有正激式(DoubleTransistor Forward Converter),反激式(Double Transistor Flyback Converter)、推挽式(Push-Pull Converter) 和半橋式(Half-Bridge Converter)四種。四管DC/DC轉換器就是全橋DC/DC轉換器(Full-Bridge Converter)。
反轉式串聯(lián)開關電源反轉式串聯(lián)開關電源與一般串聯(lián)式開關電源的區(qū)別是,這種反轉式串聯(lián)開關電源輸出的電壓是負電壓,正好與一般串聯(lián)式開關電源輸出的正電壓極性相反;德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并且由于儲能電感L只在開關K關斷時才向負載輸出電流,因此,在相同條件下,反轉式串聯(lián)開關電源輸出的電流比串聯(lián)式開關電源輸出的電流小一倍。
開關電源高頻化是其發(fā)展的方向,高頻化使開關電源小型化,并使開關電源進入更廣泛的應用領域,特別是在高新技術領域的應用,推動了開關電源的發(fā)展前進,每年以超過兩位數(shù)字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開關電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類,DC/DC變換器現(xiàn)已實現(xiàn)模塊化,且設計技術及生產(chǎn)工藝在國內外均已成熟和標準化,并已得到用戶的認可,但AC/DC的模塊化,因其自身的特性使得在模塊化的進程中,遇到較為復雜的技術和工藝制造問題。另外,開關電源的發(fā)展與應用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。開關電源內部結構這里主要介紹的只是直流開關電源,其功能是將電能質量較差的原生態(tài)電源(粗電),如市電電源或蓄電池電源,轉換成滿足設備要求的質量較高的直流電壓(精電)。