高频开关电源 高频开关电源 高频开关电源-定义，高频开关电源-特点

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，高效，节能，工作效率达到90%以上，实现高效率和小型化。

高频开关电源_高频开关电源 -定义

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。

高频开关电源是传统整流器（硅整流器，可控硅整流器）的升级替代产品。高频开关电源以使用方便，体积小，效率高，工作稳定，镀层细致等绝对的优势迅速占领市场。广泛使用于电镀，电解，氧化等表面处理行业，并得到新老客户的一致好评。

高频开关电源_高频开关电源 -特点

1.体积小，重量轻，效率高
采用独特的装配结构方式，纳米技术的合理应用，使产品小型化，轻量化，既节省了空间又提高了效率。
2.高频脉冲电流输出
适用于有色金属及合金类电镀工艺需求，渗透力强，附着力好，可有效提高镀层的沉积速度。
3.使用灵活，操作简单
输出电压电流任意可调．稳压稳流灵活转换．可根据电镀工艺要求灵活设定。
4.保护功能齐全
具有输入欠压，过压，缺相保护，输出过流，过热等多项保护功能，产品稳定可靠内部结构采用风道处理，电子元气件全部密封．减少了外界环境对设备内部元气件的影响。
5.可扩展功能强
计时控制功能通讯功能（可增配4-20mA、0-5V、0-10V标准控制信号接口）。
软启动功能电流积算功能（安培小时）。
6.型号齐全
输出规格（输出电压．输出电流）可选。
选配功能控制方式可选。

高频开关电源_高频开关电源 -组成及分类

开关电源具有体积小、效率高等一系列优点，在各类电子产品中得到广泛的应用。但由于开关电源的控制电路比较复杂、输出纹波电压较高，所以开关电源的应用也受到一定的限制。
电子装置小型轻量化的关键是供电电源的小型化，因此需要尽可能地降低电源电路中的损耗。开关电源中的调整管工作于开关状态，必然存在开关损耗，而且损耗的大小随开关频率的提高而增加。另一方面，开关电源中的变压器、电抗器等磁性元件及电容元件的损耗，也随频率的提高而增加。
目前市场上开关电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达几十kHz;采用MOSFET的开关电源转换频率可达几百kHz。为提高开关频率必须采用高速开关器件。对于兆赫以上开关频率的电源可利用谐振电路，这种工作方式称为谐振开关方式。它可以极大地提高开关速度，原理上开关损耗为零，噪声也很小，这是提高开关电源工作频率的一种方式。采用谐振开关方式的兆赫级变换器已经实用化。
开关电源的集成化与小型化已成为现实。然而，把功率开关管与控制电路都集成在同一芯片上，必须解决电隔离和热绝缘的问题。

1开关电源的基本构成

开关电源采用功率半导体器件作为开关器件，通过周期性间断工作，控制开关器件的占空比来调整输出电压。开关电源的基本构成如图1所示，其中DC/DC变换器进行功率转换，它是开关电源的核心部分，此外还有起动、过流与过压保护、噪声滤波等电路。输出采样电路(R1、R2)检测输出电压变化，与基准电压Ur比较，误差电压经过放大及脉宽调制(PWM)电路，再经过驱动电路控制功率器件的占空比，从而达到调整输出电压大小的目的。图2是一种电路实现形式。
DC/DC变换器有多种电路形式，常用的有工作波形为方波的PWM变换器以及工作波形为准正弦波的谐振型变换器。

对于串联线性稳压电源，输出对输入的瞬态响应特性主要由调整管的频率特性决定。但对于开关型稳压电源，输入的瞬态变化比较多地表现在输出端。提高开关频率的同时，由于反馈放大器的频率特性得到改善，开关电源的瞬态响应问题也能得到改善。负载变化瞬态响应主要由输出端LC滤波器特性决定，所以可以利用提高开关频率、降低输出滤波器LC乘积的方法来改善瞬态响应特性。

2开关型稳压电源的分类

开关型稳压电源的电路结构有多种：
(1)按驱动方式分，有自励式和他励式。
(2)按DC/DC变换器的工作方式分：①单端正励式和反励式、推挽式、半桥式、全桥式等;②降压型、升压型和升降压型等。
(3)按电路组成分，有谐振型和非谐振型。
(4)按控制方式分：①脉冲宽度调制(PWM)式;②脉冲频率调制(PFM)式;③PWM与PFM混合式。
(5)按电源是否隔离和反馈控制信号耦合方式分，有隔离式、非隔离式和变压器耦合式、光电耦合式等。
以上这些方式的组合可构成多种方式的开关型稳压电源。因此设计者需根据各种方式的特征进行有效地组合，制作出满足需要的高质量开关型稳压电源。

高频开关电源_高频开关电源 -原理

主电路

控制电路

检测电路

辅助电源

高频开关电源_高频开关电源 -开关控制稳压原理

开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关K接通时，输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源E向负载提供能量；当开关K断开时，输入电源E便中断了能量的提供。可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。图中，由电感L、电容C2和二极管D组成的电路，就具有这种功能。电感L用以储存能量，在开关断开时，储存在电感L中的能量通过二极管D释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量，因二极管D使负载电流连续不断，所以称为续流二极管。在AB间的电压平均值EAB可用下式表示：
EAB=TON/T*E

式中TON为开关每次接通的时间，T为开关通断的工作周期（即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和）。
由式可知，改变开关接通时间和工作周期的比例，AB间电压的平均值也随之改变，因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便能使输出电压V0维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，这种方法称为“时间比率控制”（Time Ratio Control,缩写为TRC）。

高频开关电源_高频开关电源 -控制方式

按TRC控制原理，有三种方式：
一、脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation,缩写为PWM）
开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。
二、脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation,缩写为PFM）
导通脉冲宽度恒定，通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。
三、混合调制
导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定，彼此都能改变的方式，它是以上二种方式的混合。

高频开关电源_高频开关电源 -主要功能

（1）通过MODEM和电话网与监控中心通信，从通信口读取高频开关电源的信息；

（2）测量模块的输出电流和电压、直流母线电流和电压、电源的输出电流和电压、电池充放电电流和电压等；

（3）控制电源的输出电流和稳流，控制电源的开关机等；

（4）控制高频开关电源实现对蓄电池浮充、均充方式的自动转换；

（5）控制硅链的自动或手动投切，保证控制母线的稳压精度，进而保证微机和晶体管保护用电的可靠性，防止造成保护误动；

（6）调节充电限流值和总输出电流稳流值；

（7）具有本地和远程控制方式，采用密码允许或禁止方式操作，以增强系统运行可靠性。

高频开关电源_高频开关电源 -高频开关电源的分段线性PID

由于积分是滞后校正环节，而微分是超前校正环节，因此在控制误差e(n)较大时，应采用比例一微分(PD)调节(不用积分)，这样可以改善系统的响应快速性;而在控制误差c(m)较小时，则应采用比例一积分(PI)调节(不用微分)，这样可以使系统具有较好的稳定性，避免振荡。
为此，设置了两个误差限△1和△2，并且△1>△2分段线性PID算法可以描述为：

变参数PID

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