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基于高频开关电源的研究与设计研究

作者：伍春燕日期：2015-12-12 13:37 来源：未知

【文章摘要】
随着现代科学经济的不断发展，人们对于各类高新技术设备的需求量也在不断提升。而在相关电子设备中，开关电源是其中主要的组成部分，其控制着设备的启动与关闭。目前世界范围内的开关电源正在向着高频化、集成化以及智能化等方向进行发展，其能够有效提升现阶段电子设备的性能，进一步提升电子设备的工作效率。本文即是对高频开关电源进行了研究，并对其相关设计内容进行了探讨，以期能为相关工作提供参考。
【关键词】
高频开关电源；研究；设计
开关电源即是利用现代的电子技术，控制相关设备的开通与中断，稳定设备中电压输出的一种电源。开关电源一般以小型化、轻量化以及高效率化为主要特点，已经成为了目前全世界范围内电子设备中不可缺少的组成部分。一般情况下，电源开关主要包括输入电路、开关变换器、变压器、输出电路以及控制电路等多个结构组成，能够使交流电在该设备内被转化为直流电，这样就能够保证电子设备接受到稳定的电压输出。
1 高频开关电源的发展研究
1.1 起步阶段
开关电源的起步阶段是在上个世纪50年代左右，在当时的美国地区首先提出了开关电源的理论，并利用晶体管变压器实现了交流电转化直流电的研究，为后期开关电源的研制提供了参考数据。到了60年代时，开关电源的研究方向已经被确定，主要以小体积、轻重量以及高效的控制效率为主要优势，并在当时被广泛地应用在各类设备当中，延长了设备的使用年限，提高了设备的使用效率。
1.2 发展阶段
在人类进入了20世纪70年代后，电子晶体管的发明使得人类的科技发展取得了重要的进步，而此时也使得高频开关电源得到了较大程度的发展。在这阶段研发出的开关电源能够实现对20的频率进行控制，并且在开关状态切换的过程中不会产生噪音，避免了传统变压器在转变电压过程中对用户造成的困扰。在同一时期中，相关研究者还利用了PWM技术，将开关电源的频率提高到了50，真正实现了高频开关电源的应用。
1.3 飞跃阶段
这一阶段是在上个世纪末，相关研究者发现在开关电源使用过程中会不可避免地造成电流和电压的损耗，这也就使得该设备在运行过程中会产生不必要的电能损失，增加了电子设备的总体耗电量。因此人们开始对软开发技术进行研究，并且成功将开关电源工作过程中所消耗的电能降到最低，实现了零电压开关状态变换，零电流开关状态变换以及谐振变换等多种高效高频电源开关，提升了相关企业的经济收益，并且将开关电源的工作频率提升到了 500-1000。
1.4 数字化阶段
随着高频开关电源技术的不断完善，同时随着现代计算机数字化技术的不断提高，高频开关电源的发展也进入到了数字化阶段。数字化技术大大增加了开关电源本身的智能性，其能够有效对设备的相关功能进行控制，并且还具备了检测功能，对整个设备的电源回路也能够进行控制。其将开关电源技术与现代数字化芯片技术相结合，将智能化发展道路进一步推进。
2 高频开关电源设计研究
2.1 淘汰线性电源设计
相对于传统的线性电源开关设计，高频开关电源在技术上有着明显的优势。受限，其能够在开关内节省下一定的空间，而这一空间就是传统线性电源中变压器的空间，这样就能够使开关电源的重量更轻、体积更小。同时高频开关电源在设计上是为了满足不断提高工作频率的要求，因此其能够满足于现代不同设备的功率输出，克服输出波纹过大等诸多问题，使得高频开关电源更加适合现代市场的需求。
2.2 小型化设计趋势
随着现代集成技术的发展，各类电子设备在设计和研发的过程中都向着更小、更轻便的方向进行发展，因此各电子设备的小型化设计趋势非常明显。因此，在对开关电源进行设计的过程中也必须要考虑到其安装设备的大小，也需要向着小型化的方向进行发展。同时，电源在使用的过程中，其内部的电容、变压器以及质量都是与电源工作频率的平方根呈现反比情况，以此，随着不断开关电源的工作效率不断提高，其本身的体积必然会朝着更加小型化的方向发展。另外，小型化的电源开关在设计和研发的过程中其所消耗的原材料较少，能够有效降低生产企业的生产成本，具有着极重要的经济价值。
2.3 电磁干扰的屏蔽设计
在高频开关电源工作的过程中，随着开关的开通和中断，这种快速的电流变化就会引发噪音，噪音经过传导传递到开关外部，就形成了一定的电磁干扰现象，而这也是高频开关电源工作效率较低的原因之一。电磁干扰存在两种传输形式，即传导传输及辐射传输。传导传输指的是敏感设备同干扰源间存在电路连通，干扰信号能够顺连接电路传递至设备，从而形成感染；辐射传输指的是介质通过电磁波的形式向外进行干扰。较为常见的辐射类别可以分为三种：第一，天线对天线的耦合；第二，磁场对天线的耦合；第三，导线对导线的耦合。想要对高频开关的电磁干扰进行抑制，可以由三方面入手：第一，降低干扰源形成的信号；第二，将干扰源的传播途径切除；第三，提高设备的抗干扰性能。所以，目前抗干扰技术一般有EMI滤波技术、电路措施、屏蔽等。另外，利用现代EMC技术可以有效降低电磁干扰对外部设备的影响，其可以对电源的输出频率进行周期性调节，还可以采用随机扩频和混合扩频的方式，改变开关开启或关闭过程中所产生的噪音，将电磁干扰控制在最低限度。
3 结语
高频开关电源是目前电子设备中必不可少的结构，其直接影响着整个设备的稳定运行，因此相关研究者应该对其进行不断深入的研究，提升其工作频率，降低其对设备产生的干扰。
【参考文献】
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[2]方清城，李先祥.高频开关电源的EMC 设计 [J]. 现代电子技术，2011（08）.
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