LED灯驱动电源的设计与制作(3)

分布供电方式具有高效、可靠、经济和维护方便等优点，已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳，也是超高速型集成电路的低电压电源（3.3V）的最为理想的供电方式。在大功率场合，如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景[6]。

1.1.3 开关电源的发展趋势

（1）高频化

随着电力电子技术的发展，对开关式稳压电源的要求越来越高。主要表现在开关电源的小型化、高效化、电磁兼容性等方面。理论分析和实践经验表明，电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。MOSFET、IGBT等新型全控型高速电力电子器件的出现，使得开关式稳压电源的高频化成为可能。逆变式整流焊机电源，通讯电源等都是高频开关式稳压电源，具有小型化的特点。开关式稳压电源的进一步发展，进而可以取代传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、电力操作等各种直流电源。其主要材料可以节约90%或更高，还可节电30%或更多。

20世纪70年代以来，变换器工作频率提高到20kHz甚至更高。然而，常规的DC/DCPWM功率变换技术进一步提高开关频率会面临许多问题。随着开关频率的提高，一方面开关管的损耗会成正比的上升，是电路的效率大大的降低，变换器处理功率的能力大幅地下降。另一方面，系统会对外产生严重的电磁干扰。

为了克服上述DC/DC变换器在硬开关状态工作下的诸多问题，从20世纪80年代以来软开关技术得到了深入的研究，近些年得到了迅速的发展。所谓软开关，通常是指

零电压开关ZVS（Zero Voltage Switching）和零电流开关ZCS（Zero Current Switching）或近似零电压开关与零电流开关。一般而言，硬开关过程是通过突变的开关过程中断功率流而完成能量变换的。而软开关过程是通过电感L和电容C的谐振，使开关器件中的电流（或其两端的电压）按正弦或准正弦规律变化，当电流过零时使器件关断，或者当电压下降到零时使器件导通。开关器件在零电压或零电流条件下完成导通与关断的过程，将使器件的开关损耗在理论上为零。软开关技术的应用使电力电子变换器可以具有更高的效率、功率密度和可靠性，并有效地减小电能变换装置引起的电磁污染和噪声。

（2）模块化

模块化有两方面的含义，一是指功率器件的模块化，二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块，含有一单元、两单元、六单元直至七单元，包括开关器件和与之反并联的续流二极管，实质上都属于“标准”功率模块（SPM）。近年，有些公司吧开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去，构成了“智能化”功率模块（IPM），不但缩小了整机的体积，更方便了整机的设计制造。实际上，由于频率的不断提高，致使引线寄生电感、寄生电容的影响更加严重，对器件造成更大的电应力（表现为过电压、过电流毛刺）。为了提高系统的可靠性，有些制造商开发了“用户专用”功率模块（ASPM），它把一台整机的几乎所有硬件都以都以芯片的形式安装到一个模块中，使元器件之间不再有传统的引线连接，这样的模块经过严格合理的热、电、机械方面的设计，达到完美的状态。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片，再把整个模块固定在相应的散热器上，就构成了一台新型的开关电源装置。由此可见，模块化的目的不仅在于使用方便、缩小整机体积；更重要的是取消传统连线，把寄生参数降到最小，从而把器件承受的电应力将至最低，提高系统的可靠性。另外，大功率的开关电源由于器件容量的限制及增加冗余和提高可靠性方面的考虑，一般采用多个独立的模块单元并联工作，并采用均流技术使所有模块共同分担负载电流。这样，一旦其中某个模块失效，其它模块可平均分担负载电流。

（3）数字化

在传统功率电子技术中，控制部分是按模拟信号来设计和工作。现在数字信号、数字电路显得越来越重要，数字信号处理技术日趋成熟，显示出越来越多的优点，如便于

计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰（提高抗干扰能力）、便于软件包调试、便于自诊断、容错等。

（4）绿色化

电源系统的绿色化有两层含义，首先是显著节电，这意味着发电容量的节约，而发电时造成环境污染的重要原因，所以节电就可以减少对环境的污染。其次这些电源不能（或尽量少的）对电网产生污染，国际电工委员会对此制定一系列标准，如IEC555、IEC917、IEC1000等。事实上，许多功率电子节能设备，往往会变成对电网的污染源，向电网注入严重的高次谐波电源，使总功率因数下降，使电网电压耦合许多毛刺尖峰，甚至出现畸变。20世纪末，各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生，有了多种修正功率因数的方法。高频开关电源的输入级是电网电压直接经过整流二极管整流，利用电容器滤波得到初级直流电压，再经过DC/DC变换器获得所需要等级的直流电。网侧电流呈现尖峰状，谐波分量大，功率因数低。随着开关电源功率的不断增大，这一问题不可忽视。因此，将PFC技术引入开关电源成为电力电子技术领域又一热点问题。

1.2研究背景和意义

在20世纪中期发展起来的PWM（脉宽调制）功率变换技术是一种硬开关技术。所谓“硬开关”是指功率开关管在导通或关断时，其上的电压或电流不为零，即开关管是在控制信号的强制控制下变换状态的，此时必然存在开关损耗。随着电力电子技术的高速发展，体积小、重量轻、效率高、可靠性高等要求被提上日程，这就要求开关电源中变换器的工作频率越来越高。因此，如果仍然采用硬开关技术会遇到一系列问题，如开关损耗大、开关管关断或开通过程中产生尖峰电压或电流、高频工作状态下的强电磁干扰等。而且，这些问题会随着开关电源工作频率的提高而更加严重。

相对于硬开关技术人们提出了能够解决以上问题的软开关技术。即在开关管导通或关断的瞬间使电压或电流为零，从而使开关损耗为零。近年来，软开关技术已经广泛应用于开关电源系统中，这一改进使电源系统性能得到了大幅提高，对于整个社会的能源节约和利用，国家生产生活得出了巨大贡献。

随着电力电子学的发展，人们对电源系统的要求也越来越高，除了高功率、大容量、

小体积、易携带等要求。更多的人们对电源系统的输入功率因素和高次谐波电流成分也提出了更高的要求。尤其在我国倡导的建立环境友好型、资源节约型社会的今天，电力是否能安全使用，能源能否被充分的利用变得至关重要。

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