开关电源的发展现状及其趋向陆鸣任何电子设备都孟要电源把取自电网的非稳交流变换成没备相容的稳定直流源技术的发展,。听以,电一定程度上也是电子技术和工业水平的反映。国际电源市场自七十年代初起就已经出现二大部分相互竞争的局而电场约75帕的线性电源;成熟,。其中一部分是占总,另一部分则是迅述发展中的开关电源,,传统的线性电源尽管技术占有了市场的绝大部分4,、0呱但年增长率只有8一1。;开关电源当时兰然仅占总电源市,场的1/可是年增长率可达60界两类电源年增长率的巨大差别,除实际电力生产,的品:质,能源的相对紧张国家和相关技术规范的变更等外部原因外。主要是电源工业理本,结构内部变化造成的结束简要评述开关电源与上述内。外因素的关系从中引出一些可供参考的看法则是本文的愿望目的紊本文系八七年十一月中国电源学会华东地区技术交流会沦文。此处已作删节。。表一所列为两类电源主要性能的比较表一参功,不难发现,开关电源在输人电压范围输出电流开关电源和线性电源特性比较数率上单相约至ZKW三相约至ZKW脱线系统(AC一DC);90一130V/180一262V47一直流系统(DC一DC);;12V通讯48V运载装置085一1165帕一80肠(可达90肠)标准值包括::_二一一一色曳i星se-线Jl}同420Hz性电源脱线系统105一125V/210一相1司30肠一55:250V;荃7一63Hz士20帕帕(可达65肠)士5:3土12;士15;士18;士25相同0A寸内)出输。(在工业标准体积53内)土0A(在工业标准体积5X8火2英寸1土O1帕一士1帕0v2怕一士01怕性特一纹一皮肠一土01肠vsm(升温1小时后经s小时内测量)001欧姆(10OKHz下测量)rms10mv约50mv峰峰值<50拼S回复到标称值的1帕一2肠约在Zms内落人调整带(最大负载改变协S)速率约SA/土0005二2旦尽全业了鳌`列`重一一量}塑一星一止土」二鑫旦业/英寸止」塑型旦卫全丝些荆l同(升温1小时后经8小时内i则量)005欧姆(IKHz下测量)05欧姆(100KHz下测量):ns约10mV峰峰值ZmV约在15林S内回复到标你值的01呱一02呱(50肠负载改变)在调整范围内望邑(全鱼;叁迎扳坦迩输二(全鱼彭困吵迅称拘本要卫一垫鑫上堕功奎10m,;r-一一一—_哩全二丝丝匕硅0_3一IW/英寸—_9容量,维持时间尤其是效率,体积和重量等方面具有兄著优点,。。实际上,早在五十年代某些军用设备就已采川开关电源但具有商业实用价值的开关,电源直到七十年代中期才真正可能现代电源市场也正是从此开始打破历来固循守旧术单一的局而一跃成为电宇士业最有生气的领域之一早期的晶体管开关电源牢极高,,技由于所用的晶体管都得严格筛选可靠性也不如线性电源。。,逐一配对,,结果器件的废弃电源的成本很昂贵其实可靠性差正是开关电源的复杂性和专用元器件匾乏的直接反映随着开关电源销售量的逐年增加。势必要求半导体器件制造厂能努力达到为开关电源应用设计和生产专用器件的水准美国莫托洛拉公司是最早开。辟开关电源专用器件生产线的公司之一反偏安全工作区(司,他们生产的功率晶体管所提供的技术数据就包括了一RBSOA)和升温(至10℃)条件F特性在内的全部资料荷兰菲利浦公,意大利SGS一ATES集团公司也能专为开关电源生产的特殊元。器件。但是国内器件厂对开关电源专用器件的研制尚重视不够,有待各方而关心支持。开关电源销售量的增长也激励了}f关电源专用集成电路的研制和生产类集成电路后不仅设计和制造成本可大大削减’。开关电源采用这七十年代中期相。可靠性亦能大幅度提高。继问世的开关电源专用集成电路叭本卜都属于能提供时间比率控制的集成控制器件这些器件在同一块半导体芯片内集成电压基准、J’诸如振荡器脉宽(或脉频)调制器误差放大器。精密表二为缓启动过压和过流保护以及具有良好驱动能力的输出电路系统等功能。国外典型的产.钻和制造厂家我们自八四年开始曾先后与上海无线电七厂,、无锡半导体器件总厂协作研制了开关电源集成控制器5W3420的MC34表二2O和SG3524完全相:1W3420和SW352才。性能指标分别与左二中1可业已通过上海市高教局和汪苏省科委鉴定国外典型开关电源集成控制器件:表二制造厂家国外集成开关电源控制器件和制造)器件型号UA78S圣0SH1605-封装形式16DIPSTO一5ZJDJP输出电流(xu胜度系数(肠/℃)A)01)FA1RC上11上150050001600]5二FERRANTIFUJITSUZX1066MB375OMB3760005LA入IBDALAS3800LAS6300161)丁1)16工)11,100010口O50250]500才O廿八仔八甘n甘ù,里几7一口Q扭MOTOROLAMC3420MC34060MC34063161)IPIJ工)丁P吕D!P161)IP16DIP…,口1〔PHILIPS1]〕A1060NE5560TDA2561NE5561’MULLARD5IGNETICSLN入2H了6D6D6少6D丁口0200200200口00400000000020600LNNL2422620040040040000000NrDTD46004006004D24D8D6DllrDT入’rL4TL4TL4T七46D4D8000000TH书TT00400。DT0事物的发属总是相辅相成的开关电源促进了半导体器件和集成控制电路的发展半导体器件和集成电路反过来又推动了开关电源技术的进一步发展,这种发展,在近十年来电源市。场的变化中Elee,清楚地反映了这样一个事实。:即开关电源必将取代掉传统的线性电源RCA,,为此Ge,电源工业的领导地位也将发生转移tr就象原先生产真空电子管的aSylexasnaivinsa;entralie公司被后来的半导体公司National,SemiLondueTorTtrumens和Motorol所替代一样。听以,现有的电源厂家如果不顺立潮流,,无论拥有的资金和人力,如何雄厚坚实不准确布置好向开关电源转移的时间和速度的话够广泛的部分所接受料表明c,,一旦当新的技术已为市场足就为时过晚了ITT,,或者当新的市场范围内有竞争对手之后再作反应,资-美国电源市场领先的五家商业包头AeMCEle,Lie,ambadoE!。。twernriot一cs,NtrhnEletrie,etrie,ACI)CEleetron和P口o/Me公司原先都是线性电源的制造厂ne,目前正处于线性向开关过渡的不厂引价段neer紧跟其后自勺JHseResaech,POwer一OPioM。agneties,Hewlett一Paeked和Bohert则是五家已经强力地,占有开关电,源新技术的厂家很高。一据悉在美国开关电源的专业生产)有60多家其产品规格齐全。技术水平,0呱商品化开关电源自动年打人市场后英国的开关电源厂约占全国90多家电源厂的44年销售额已达2s00万我们国内的开关电源生产尚处在初级阶段成完整的生产体系,由于工业基础薄弱、,,尚未形,故无论是电源的生产技术,,工艺水平,,元器件的配套。质量保证。还是技术规范的标准化几家开关电源制造厂测试手段的完性整与国外都有一定差距多数只留在小批量试生产状态,根据调查统计l」前国内仅有今后还须不断努力提高才行。值得注意的是自八十年代初起厂都必须考虑以适当研究开关投资率MOS的过渡。开关电源技术由于双极型功率晶体管可以被器件领域内面对这样的现状,,的重大突破一一功率MOS管替代而出现了进一步的发展,任何电源制造在努力采用开关电源技术的同时,尽快完成双极型向功。如果下能适应上述挑战,仍有可能失去已经取得的市场在线性电源向开关电源过渡期间国家和权威性学术机构对电子产品提出的各种规范和标准起的影响很大小效率限定标准。址!时显的例子是大多数国家出于节约能源的考虑看来,一,对电子没备提出的最。凡须满足效率不能低于50肠的电子设备,不采用开关电频就不行一再如美国联邦通讯委员会和西德电气找师协会都对电子没侨的电滋干扰和引频1扰有极严格的规定。二几尽管和权威性学术机构烦布的规范要求都栩当严格,但却能以法定形式迫使人l应措施1们采用取}这对技术的发展无疑有促进作J比现在,,发配电系统输送的电力。因电网功率分配网络的切换。,大容髦用电器甚至照明之类原因造成的脱落现象相当普遍功率中断15毫秒对大多数计算机或微处理机系统来’犷说都是不能容许的线性电源根本不能在电网线压发生脱落的情况}延时工作。但是开关电,源却能提供典塑的20毫秒延续运行,所以对数字系统和计算机应川特别适合。另外开关电输人电压范围相当宽这对目前交流电网起伏频黔清况下的工作也是极有利的。因此,电力生产,}}:质的下降的计算机技术的飞速发展,从正反两个方面有助于促使开关电源的。展这有利的因素还来自计约机一[业内部的变化。譬如随着大量有可能取代大划计算及其庞大外围系统的小功率微处理机系统的出现大瓦数电源市场必然会收缩,小功率单电源比例将会不断扩大这种清况对电源制造厂家来说也不能不引起重视至此为IL我们只是一般地论述了开关电源的发展趋向。下面我们结合国外电源市场仁某些典甲产品分儿个方而对开关电源的现状和可能的趋向作某些推测。、一高可靠是开关电源的必然结果如前所述开关电源自身的功耗很小,所以电源内门夕龙器件承受的热应力远比线性电源低。线性}匕源内部元器件的平均工作温度至少约50’一夕5℃开关电源不会超过30`一扣℃。热靠性高。如果采用平均失效前时间(MTBF)来衡量{’,]谁性的优劣的话,开关电源的MTBF一般都可高达5X01礴小时以土。如人CDCElcetronics公司的RS/,RT50一50瓦开关电源系列寿命测试的数据表明其MTBF值为525xlo`小时。:饮该公司声称凡购买他们的产品,保险期一律为五年,而且宽裕度很大又如ir\\cor公司的$1100塑dc一dc开关变换器MTBF高达8x。01”小时Rifa公司最新的厚膜单片(卜一(cl变换器其MTBF已达17义10“小时,就是说平均无故障时间为200年!二、提高工作频率,实现高功率密度、开关电源最突出的优点是体积小重量轻。这是,;哥频l二作带来的好处。一如果进步提高工作频率电源的体积和重量将更加小从而实现更高的功率密度。如Abb’1Ottrlal“i“torLaboratooies的Z烤随220瓦开关电源工竹:频率为351又于Jz,体积只有25又10水57Cnl“。功3,率密度为o41w/CmYicro公司的V工100塑dc一。!c变换器「作频率已达IMHz功率密度则为o92w/cn:“可见提高开关电源的工作频率对关现高功率密度址极为重要的。、三充分发挥开关电谏输入电压变动范围宽的特点开关电源对输人电压宽范围的变动有极好的适应性13e!一k11)
