详细地介绍了生活中最常见的4种开关电源(台式计算机中的ATX电源、电动车充电器、手机或平板电脑充电器、LCD液晶显示器中的电源)的原理和维修知识。

开关电源是利用现代电力电子技术 ,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制 IC和 MOSFET 构成。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新。目前,开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
1、主要用途
开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED 照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器,电子冰箱,液晶显示器,LED灯具,通讯设备,视听产品,安防监控,LED灯袋,电脑机箱,数码产品和仪器类等领域。
2、开关电源并联均流技术
在实际应用中,往往由于一台直流稳定电源的输出参数(如电压、电流、功率)不能满足要求,而满足这种参数要求的直流稳定电源,存在重新开发、设计、生产的过程,势必加大电源的成本、延长交货时间、影响工程进度。因此在实用中往往采用模块化的构造方法,采用一定规格系列的模块式电源,按照一定的串联或并联方式,分别达到输出电压、输出电流、输出功率扩展的目的。
但是电源输出参数的扩展,仅仅通过简单的串、并联方式还不能完全保证整个扩展后的电源系统稳定可靠的工作。不论电源模块是扩压还是扩流,均存在一个“均压”、“均流”的问题,而解决方法的不同,对整个电源扩展系统的稳定性、可靠性都有很大的影响。由于目前稳定电源输出扩流应用较多,本文仅讨论开关电源并联均流技术。均流的主要任务是:
(1)当负载变化时,每台电源的输出电压变化相同。
(2)使每台电源的输出电流按功率份额均摊。

1 空间电压矢量调制 SVPWM 技术
SVPWM 是近年发展的一种比较新颖的控制方法,是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波,能够使输出电流波形尽 可能接近于理想的正弦波形。空间电压矢量 PWM 与传统的正弦 PWM 不同,它是从三相输出电压的整体效果出发,着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。 SVPWM 技术与 SPWM 相比较,绕组电流波形的谐波成分小,使得电机转矩脉动降低,旋转磁场更逼近圆形,而且使直流母线电压的利用率有了很大提高,且更易于实现数字化。下面将对该算法进行详细分析阐述。
1.1 SVPWM 基本原理
SVPWM 的理论基础是平均值等效原理,即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合,使其平均值与给定电压矢量相等。在某个时刻,电压矢量旋转到某个区域中,可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。两个矢量的作用时间在一个采样周期内分多次施加,从而控制各个电压矢量的作用时间,使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转,通过逆变器的不同开关状态所产生的实际磁通去逼近理想磁通圆,并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态,从而形成 PWM 波形。逆变电路如图 2-8 示。

设直流母线侧电压为 Udc,逆变器输出的三相相电压为 UA、UB、UC,其分别加在空间上互差 120°的三相平面静止坐标系上,可以定义三个电压空间矢量 UA(t)、UB(t)、UC(t),它们的方向始终在各相的轴线上,而大小则随时间按正弦规律做变化,时间相位互差 120°。假设 Um 为相电压有效值,f 为电源频率,则有:

可见 U(t)是一个旋转的空间矢量,它的幅值为相电压峰值的 1.5 倍,Um 为相电压峰值,且以角频率ω=2πf 按逆时针方向匀速旋转的空间矢量,而空间矢量 U(t)在三相坐标轴(a,b,c)上的投影就是对称的三相正弦量。

由于逆变器三相桥臂共有 6 个开关管,为了研究各相上下桥臂不同开关组合时逆变器输出的空间电压矢量,特定义开关函数 Sx ( x = a、b、c) 为:

(Sa、Sb、Sc)的全部可能组合共有八个,包括 6 个非零矢量 Ul(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)、和两个零矢量 U0(000)、U7(111),下面以其中一 种开关 组合为 例分 析,假设 Sx ( x= a、b、c)= (100), 此 时


求解上述方程可得:Uan=2Ud /3、UbN=-U d/3、UcN=-Ud /3。同理可计算出其它各种组合下的空间电压矢量,列表如下:
表 2-1 开关状态与相电压和线电压的对应关系

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