开关电源的问题

开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止．将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压！转华为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50Hz高很多．所以开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热！成本很低．

开关电源的工作原理是:

     1.交流电源输入经整流滤波成直流;

     2.通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上;

     3.开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载;

     4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的.

     交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰,同时也过滤掉电源对电网的干扰;

     在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越高;

     开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头,以得到需要的输出;

     一般还应该增加一些保护电路,比如空载、短路等保护,否则可能会烧毁开关电源

功耗跟速度始终是一个矛盾的双方，速度快了，功耗就大了，速度慢，功耗就小。
开关频率越高MOS管的开关损耗越大，效率下降，提高频率应该是为了小型化

浅谈新型彩电开关电源效率的提高
山东 华兴潮
一、概述
如何提高彩电稳压电源的效率，实现“高效、节能、绿色”，历来是电视技术领域一个重要的研究课题。纵观彩电稳压电源的发展史，大致可分为两个阶段。第一阶段是20世纪80年代以前的串联(并联)调整型线性稳压电源，由于其调整管压降大，损耗大，稳压效率低(约为40-60%)，至80年代初期已被淘汰。随之而来的是第二阶段，线性稳压电源由各种类型的开关稳压电源所代替。开关稳压电源的初始阶段，均以分离元件为主，90年代以后，各种新型大屏幕彩电开关稳压电源的电路，几乎全部使用集成电路(厚膜电路)，其效率可达80-90%。

尽管开关稳压电源的效率远比线性稳压电源高，但随着彩电屏幕尺寸的增大和附加功能的增多使整机的功耗大幅度增加:一台25-34英寸的普通彩电，最大功耗可达130-200W ;100Hz或逐行扫描的29英寸以上的高档彩电，最大功耗可超过250W;大屏幕背投影彩电的功耗可达300W;另外，大伴音功率(20W以上)和大的动态范围更要求开关稳压电源必须有足够的功率富裕量。所以，新型大屏幕彩电开关稳压电源不得不充分考虑到提高效率这一问题。进入21世纪以来，人们相继研制开发了PFC式、半桥式开关稳压电源，使开关稳压电源的效率进一步得到提高。

二、PFC式开关稳压电源

1.有源功率因数校正(PFC)技术

随着电力电子技术的发展，有源功率因数校正(PFC)技术已越来越广泛的应用于各种电源领域，普通的大屏幕彩电开关稳压电源均采用一般的整流加滤波电路，其谐波成分大，功率因数低，一般只有0.65-0.85。为了提高大屏幕彩电开关稳压电源的效率，可以采用有源PFC技术提高功率因数。它是根据电网的电压、电流及负载的变化产生PWM信号，控制电子开关的导通，能起到调节电感L的作用，改善电流波形，利用乘法器控制PWM信号，可使电网的输入电流基本为正弦波，使功率因数接近于1(即大于0.99)。对于输入功率为300W的大屏幕彩电可以提高效率20%，是相当可观的。有源PFC原理框图见图1所示。

2.谐振型开关稳压电源
谐振型开关稳压电源电路，可以克服PWM (脉冲宽度调制)方式对负载的瞬态相应较差和易辐射等缺点，利用高频驱动的作用，降低损耗，提高效率，减少噪声。部分谐振方式将会成为主流技术。其实，部分谐振方式从技术上来说，不同于我们平常所说的开关稳压电源所采用的谐振技术，而可以看作是广为人知的缓冲电路(用于减轻晶体管的加载状态)的有源化。有的谐振开关电源是这样的:当开关导通时，利用电感器抑制电容放电电流峰值，以减少导通损耗;当开关断开时，利用有源缓冲电路减小开关断开时的损耗，达到提高效率的目的。

3.谐振一PFC式开关稳压电源

目前，把谐振型开关稳压电源和高频有源功率因数校正(PFC)技术结合起来，效果更佳。谐振型开关电源的控制芯片多采用ICE1QS01，它工作在准谐振模式，支持低功率待机和功率因数校正(PFC)，我们称之为谐振一PFC式开关稳压电源，适合用于300W以下的彩电开关电源。为在轻载下提供低功率消耗，开关频率随负载减小逐步降低，直至20kHz的最小值。在频率降低的过程中，ICE1QS01保持准谐振操作模式，为在轻载下提供非常低的功耗，而转入待机突发模式。

其基本工作原理是:从电源输出端通过电阻分压器、基准电压装置和光耦合器反馈到SRC履行电压调节，组成PFC充电泵电路。其作用是减小AC线路电压过零附近在电容器上的DC电压值，增大整流二极管的导通角，使AC输入电流随AC电压瞬时轨迹而变化，产生十分接近正弦波的电流波形，线路功率因数可由先前的0.6左右提升到0.9以上。

当待机开关置于“待机”状态时，系统将进入待机模式。一旦SRC的反馈电压低于2V,ICE1QSO1内部的突发模式电路启动。在低功率待机突发模式下，待机输入功率低于1W。在负载减轻时，ICE1QSO1内部的数字电路使开关频率逐步降低，而不产生任何的抖动，可避免图像失真。

三、半桥式开关稳压电源

1.半桥式开关稳压电源工作原理

普通的大屏幕彩电一般采用单端它激式的开关稳压电源电路，开关变压器中存有直流成分，不能采用完全闭合的磁路，而半桥式开关稳压电源电路(见图2所示)则采用两只开关管(一般采用MOSFET)轮流导通，与常见的推挽式功放电路相类似，因此其变换效率高于普通的PWM方式的开关稳压电源。开关变压器上的电压为正负半周对称的交流脉冲，没有直流成分，不会因偏磁导致开关变压器磁芯饱和，与一般的开关稳压电源相比，开关变压器的主要作用已不再是储能而是传递能量。由于开关变压器使用闭合磁芯，所以体积小，效率高。目前，随着集成电路技术的发展，PWN、驱动电路等功能模块连同大功率开关管(MOSFET)可以做成单片厚模块，使得电源电路大大简化，可靠性得到提高，在与传统的开关电源相比成本相当的情况下，体积更小、效率更高。

2.实际应用电路
目前，STR-Z2152,STR-Z3302和STR-Z4479厚膜电路组成的半桥式开关稳压电源，分别应用于东芝1450XSG/XSG1,2150XHG/XHE/XH等S5E机芯系列彩电、东芝2550XHC,2950XHC等东芝S5ES机芯系列彩电和东芝43AGUC、50AGUC等东芝AG机芯系列背投影彩电中。三者的内部结构大同小异，下面以STR-Z4479厚膜电路为例简述其工作原理。半桥式开关稳压电源厚膜块STR-Z4479，多用于东芝AG机芯系列背投影彩电中，内部结构框图如图3所示。它的第⑦脚、(11)脚内接OSC振荡器，外接定时元件，振荡频率由定时元件决定。两只MOSFET管T1,T2和开关变压器T862④,⑤主绕组、电容C828组成LC串联谐振电路。OSC电路产生的方波脉冲由逻辑电路整形处理，得到两路相序相反的方波经DRIVE1.2激励放大，加到MOSFET管T1和T2的栅极:当DRIVE1在上半周输出正极性方波脉冲时，DRIVE2则输出负极性方波脉冲，对应于T1导通、T2截止，对C828的充电方向由上至下;下半周DRIVE1输出负极性方波脉冲。DRIVE2则输出正极性方波脉冲，对应于T1截止、T2导通，对C828的充电方向由下至上。周期性变化的电流在T862④,⑤绕组激发相应的感应电动势，在方波脉冲的重复频率f与LC串联谐振回路的固有频率相等时，回路发生电谐振现象，此时，T862④,⑤绕组出现最大电动势。谐振电容C828上的电压与T862④,⑤绕组上感应电动势绝对值相等，流过C828中的输出电流近似于正弦波。由于方波脉冲的重复频率与串联谐振回路的固有频率同步，理论上两只开关管的导通与截止转换损耗为零，因此其变换效率高于普通的PWVI方式的开关稳压电源。半桥式开关稳压电源是未来高档大屏幕彩电电源的理想选择。

四、改造开关电源部分电路提高效率

除采用上述电路提高开关电源的效率外，我们还可对彩电电源的部分电路进行改造，使其部分电路只有在开机时才有功耗，正常收看时该部分电路功耗很小，譬如采用大功率限流电阻开机自动短接和消磁线圈自动延时关断电路等;或者也像谐振开关电源一样在电源处于待机方式时电源转入节电工作状态，譬如采用单电源窄脉冲待机控制电路等进一步提高效率，效果也较明显。新型大屏幕彩电开关稳压电源效率的提高，除注意以上几个方面以外，恰当的选择彩电的电源电压适应范围也是重要的一环。目前多数大屏幕彩电的工作电压范围设计在90-270V，最高电压与最低电压之比达3倍。实际上，除极个别情况外，电压适应范围在140-270V比较合理。适当地压缩稳压范围不但有利于降低成本，而且也可进一步提高电源效率。

开关电源效率高,是和串联式稳压的电源相比较而言的，两者的工作原理完全不一样，与频率没有关系的。只有在两个都是开关电源、且控制原理相同的条件下，频率才与效率有那么一点关系。

用一个简单的比喻介绍一下开关与串联稳压电路的原理：大小不一的酒杯在桌面上排成一条直线。用一个容量近乎无穷大的酒壶沿这条直线上匀速移动，要求将所有酒杯斟满。一种玩法是，计算出斟满最大酒杯所需要的酒壶壶口的大小，潇洒向前，遇到小酒杯就只能溢出；另外一种玩法，在壶口上装一个流量可调的阀门，一路斟酌。逢大杯而豪爽，遇小盅则矜持，滴酒不漏。酒杯的大小对应着供电电压和负载的波动，壶中物的利用率则对应着电源效率；前者是串联稳压电源的方式，后者是开关电源的技巧，而阀门调节的速度则代表了开关电源的工作频率。

因为开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止．将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压！转华为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50Hz高很多．所以开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热！成本很低．

开关电源它的工作原理是:

1.交流电源输入经整流滤波成直流;
2.通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上;
3.开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载;
4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的.

交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰,同时也过滤掉电源对电网的干扰;
在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越高;
开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头,以得到需要的输出;
一般还应该增加一些保护电路,比如空载、短路等保护,否则可能会烧毁开关电源

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.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).

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.

耐心看完上面内容后相信你能明白其与频率的关系了~~~~~~~