1 開關電源的發(fā)展過程 　　開關電源是利用現(xiàn)代電力電子技術，采用功率半導體器件作為開關，通過控制開關晶體管開通和關斷的時間比率（占空比），調整輸出電壓，維持輸出穩(wěn)定的一種電源。早在20世紀80年代計算機電源全面實現(xiàn)了開關電源化，率先完成計算機電源換代，進入90年代開關電源已廣泛應用在各種電子、電器設備，程控交換機、通訊、電力檢測設備電源和控制設備電源之中。開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。開關電源和線性電源相比，兩者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但兩者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關電源，這一點稱為成本反轉點。隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新，使的開關電源技術也不斷的創(chuàng)新，這一成本反轉點日益向低輸出電力端移動，從而為開關電源提供了廣闊的發(fā)展空間。 開關電源高頻化使其發(fā)展的方向，高頻化使開關電源小型化，并使開關電源更進入更廣泛的應用領域，特別是在高新技術領域的應用，推動了高技術產(chǎn)品的小型化、輕便化。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。 2 開關電源技術的發(fā)展趨勢 　　開關電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關電源輕、小、薄的關鍵技術是高頻化，因此國外各在開關電源制造商都致力同步開發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（Mn-Zn）材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs）下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項關鍵技術。SMT技術的應用使得開關電源取得了長足的進展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關電源的輕、小薄。開關電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的PWM開關技術進行創(chuàng)新，實現(xiàn)ZVS、ZCS的軟開關技術已成為開關電源的主流技術，并大幅提高了開關電源的工作效率。對聯(lián)高可靠性指標，美國的開關電源生產(chǎn)商通過降低運行電流，降低結溫等措施以減少器件的應力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。 模塊化是開關電源發(fā)展的總體趨勢，可以用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設計成N+1冗余電源系統(tǒng)，并實現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴展。針對開關電源運行噪聲大這一缺點，若單獨追求高頻化，其噪聲也必將隨著增大，而用部分諧振轉換電路技術，在理論上即可實現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉換技術實際應用仍存在著技術問題，故仍需在這一領域開展大量的工作，使得多項技術得以實用化。電力電子技術的不斷創(chuàng)新，開關電源產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。要加快我國開關電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度就必須走技術創(chuàng)新之路，走出有中國特色的產(chǎn)學研聯(lián)合發(fā)展之路，為我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展做出貢獻。 3 開關電源的分類 　　隨著電力電子器件和開關變頻技術幾乎同步開發(fā)的前提下，兩者相互促進與推動，開關電源每年以超過兩位數(shù)字的增長率，向輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開關電源科分為AC/DC和DC/DC兩大類。DC/DC變換器現(xiàn)已實現(xiàn)模塊化、成熟化和標準化。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。 3.1 DC/DC變換 　　DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有：脈寬調制方式（Ts不變，改變ton）和頻率調制方式（ton不變，改變Ts）兩種。前者較為通用，后者容易產(chǎn)生干擾。其具體電路有Buck電路（降壓斬波器，其輸出平均小于輸入電壓，極性相同）、Boost電路（升壓斬波器，其輸出平均電壓大于輸入電壓，極性相同）、Buck—Boost電路（降壓或升壓斬波器，電感傳輸方式。其輸出平均電壓大于或小于輸出電壓，極性相反）和Cuk電路（降壓或升壓斬波器，電容傳輸方式。其輸出平均電壓大于或小于輸入電壓，極性相反）四種。 　　當今世界軟開關技術使得DC/DC變換器發(fā)生了質得變化和飛躍。美國VICOR公司設計制造得多種ECI軟開關DC/DC變換器，最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應得功率密度為（6.2、10、17）W/cm3，效率為（80—90）%。日本NemicLambda公司最新推出得一種采用軟開關技術得高頻開關電源模塊RM系列，其開關頻率為200—300KHz,功率密度已達27W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二極管），使整個電路效率提高到90%。 3.2 AC/DC變換器 AC/DC變換器是將交流電壓變換成直流電壓，其功率流向可以是雙向的功率六由電源流向負載的稱為“整流”，功率六有負載返向電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標準，（如UL、CCE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流輸入側必須加EMC濾波及使用符合安全標準的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化,另外,由于內部的高頻、高壓、大電流開關動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內部高密度安裝電路設計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關使得電源工作效率達到一定的滿意程度。 AC/DC變換按電路的接線方式右分為，半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為，單相。按電路工袋子和象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。 4.開關式穩(wěn)壓電源的工作原理 4.1開關式穩(wěn)壓電源的基本工作原理 開關式穩(wěn)壓電源接控制方式分為調寬式和調頻式兩種。調寬式開關穩(wěn)壓電源在實際開發(fā)和應用的中使用得較多，因此，就以調寬式開關穩(wěn)壓電源為例說明其基本工作原理：調寬式開關穩(wěn)壓電源的基本原理可參見圖1。對于單極性矩形脈沖來說，其直流平均電壓Uo取決于矩形脈沖的寬度，脈沖越寬，其直流平均電壓值就越高。直流平均電壓Ｕ當Um與T不變時，直流平均電壓Uo與脈沖寬度T1成正比。這樣，只要我們設法使脈沖寬度隨穩(wěn)壓電源輸出電壓的增高而變窄，即可達到穩(wěn)定電壓的目的。 Um為矩形脈沖最大電壓值；T為矩形脈沖周期；T1為矩形脈沖寬度。 4.2 開關式穩(wěn)壓電源的原理電路 開關式穩(wěn)壓電源的基本電路框圖如圖2所示。交流電壓經(jīng)整流、濾波電路整流濾波后，輸出一個含有一定脈動成份的直流電壓，再經(jīng)高頻變換器被轉換成所需電壓值的方波，最后再經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸? 控制電路由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調制及基準電壓等電路組成（目前已集成化）。主要起控制高頻開關元件的開關時間比，即脈沖寬度的占空比，以達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。開關電源的典型電路主要有單端反激式開關電源、單端正激式開關電源、自激式開關穩(wěn)壓電源、推挽式開關電源、降壓式開關電源、升壓式開關電源、反轉式開關電源。 5 開關電源在醫(yī)學儀器中的應用 　　近二十年來，開關電源已廣泛應用在心電圖機、超聲診斷儀和CT等醫(yī)療儀器設備之中。本文以美國GE公司專門為CT機設計的CT MAX640型脈寬調制開關穩(wěn)壓電源為例加以介紹。該電源由軟啟動控制電路、220/110V自動識別電路、晶體管開關電路（輔助電源）、脈寬調制（PWM）、驅動電路等部分組成。 5.1軟啟動控制電路 由TR104、TRC101、THF101、R113、R114、R116等組成。開機瞬間TRC101截止，電流流過THF101、限流電阻R113、R114，輔助開關電源開始接入直流300V時，光電耦合器PC101導通。同時，振蕩波形經(jīng)T101耦合，D106整流、C128濾波，輸出一直流電壓，TR104飽和導通。當R116上的直流壓降達到可控硅TEC101觸發(fā)電壓時而導通，此時THF101、R113、R114失去作用，從而實現(xiàn)了啟動時減少整流橋和濾波電容沖擊電流的作用，即軟啟動 5.2 自動識別電路 由IC101、TRC102、TR101、SS102、R101、R112等組成。當輸入220V交流電時，TRC102截止，220V經(jīng)硅橋SS101整流，濾波后輸出A、B兩組電壓，TR103集電極輸出300V直流電壓；當輸入110V交流電壓時，IC1013腳的輸出電壓使可控硅TRC102導通，K點與硅橋的110V輸入端相連接，再經(jīng)倍壓整流電路（SS101、C109-112、R120、R121）輸出300V直流電壓。為輔助開關電源及脈寬調制驅動電路供電。 5.3 晶體管開關電路又稱輔助電源 由TR103、T101、TR102等組成。由T1015、6腳耦合過來的交變信號，經(jīng)D108整流、C127濾波后輸出C、X正壓，為脈寬調制電路、風扇檢測電路、+5V誤差放大負反饋控制電路供電。 5.4 脈寬調制（PWM）及驅動放大電路 　　由IC201、T103、TR206、T201、PC202、TR203、TR204、TR211等組成。IC201的14腳是+5V基準電壓，IC601的輸出控制光電耦合管PC202，然后再控制IC201的2腳，通過改變脈沖寬度的占空比，從而獲得穩(wěn)定的+5V電壓。R211、C205分別接在5、6腳，再與IC201內部振蕩電路產(chǎn)生頻率為200KHz、最大電流1.2A的三角波，經(jīng)互補驅動電路（TR204-207）放大，驅動晶體管放大器（TR208-211），最后經(jīng)變壓器T201輸出。D205、D206、C212和T201的P、Q端組成緩沖電路，起降低驅動管功耗的作用。+5V電壓再經(jīng)大型整流濾波電路（SS501-508、L501、L502、C501-525）整流、濾波后輸出。風扇檢測電路由D701、C701、TR702-704、PC701等組成。當風扇出現(xiàn)故障時，PC701的光傳感器截止，PC202上的光傳感器也截止，IC201的2腳無控制電壓，此時整機無+5V電壓輸出。IC601、IC602、PC701、PC201、T101、D601、C601等組成+5V誤差放大負反饋控制電路。