电子开关

    开关电源的简介

    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。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。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，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。

    开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT和MOSFET。SCR在开关电源输入整流电路及软启动电路中有少量应用，GTR驱动困难，开关频率低，逐渐被IGBT和MOSFET取代。

    开关电源的条件

    1、开关：电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态

    2、高频：电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频

    3、直流：开关电源输出的是直流而不是交流

    开关电源的分类

    人们在开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类，DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。

    开关电源的结构

    以下分别对两类开关电源的结构和特性作以阐述。

    接地

    开关电源比线性电源会产生更多的干扰，对共模干扰敏感的用电设备，应采取接地和屏蔽措施，按ICE1000、EN61000、FCC等EMC限制，开关电源均采取EMC电磁兼容措施，因此开关电源一般应带有EMC电磁兼容滤波器。如利德华福技术的HA系列开关电源，将其FG端子接大地或接用户机壳，方能满足上述电磁兼容的要求。

    保护电路

    开关电源在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能，故在设计时应保护功能齐备的开关电源模块，并且其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配，以避免损坏用电设备或开关电源。

    发展动向

    开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体（Mn?Zn)材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度（Bs)下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。

    开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源的工作效率。对于高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。

    模块化是开关电源发展的总体趋势，可以采用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成N+1冗余电源系统，并实现并联方式的容量扩展。针对开关电源运行噪声大这一缺点，若单独追求高频化其噪声也必将随着增大，而采用部分谐振转换电路技术，在理论上即可实现高频化又可降低噪声，但部分谐振转换技术的实际应用仍存在着技术问题，故仍需在这一领域开展大量的工作，以使得该项技术得以实用化。

    应用产品类型分类

    以应用产品类型分类：可分为通用型和专用型两种。

    1）通用型电子开关可按应用功能划分，例如：人体感应开关、 电子调光开关、电子定时开关、无线遥控开关、声控光控开关、温度湿度开关等；

    2）专用型电子开关可按家电类型划分，例如，LED调光开关， 风扇类调速开关，排风扇智能开关、装饰吊扇遥控器，空调类智能开关。

    负载电源类型分类

    以负载电源类型分类：可分为直流型(DC—SSR)和交流型(AC—SSR)两种。直流型固态电子继电器是以功率晶体管作为开关元件的，交流型固态屯子继电器足以可控硅作为开关元件的，分别用来接通和断开直流或交流负载。

    开关触点形式分类

    以开关触点形式分类：可分为常开式和常闭式。常开式的功能是输入端施加信号时，固态继电器输出端才接通；而常闭式是仅当输入端施加信号时，固态继电器的输出端才被关断，而输入端没有信号时，固态继电器的输出端始终处于闭合状态。

    控制触发信号分类

    狭义上的电子开关可以 以控制触发信号的形式分类：可分为过零型和非过零型；非过零型在输人信号时，不管负载电源电压相位如何，负载端立即导通。而过零型必须在负载电源电压接近零且输入控制信号有效时，输出端负载电源才导通。

    从广义上讲电子开关是用电子技术通过电流或电压驱动某个元件实现电路通断的单元，有常开式、常闭式、自锁式等。