关于高频开关电源的一些基础知识

高频开关电源主要元器件的基本知识介绍。这类电源都是变压器原边先高压直接整流，再经IGBT(绝缘栅双极大功率晶体管)模块调制为20~40千赫的高频开关脉动直流，流经变压器降压为低压大电流。模块内由数只IGBT管并联而成，为最关键元器件。

IGBT属第四代大功率三极管。第一代为单支双极型三极管，其放大倍数很小，驱动电流很大。第二代为达林顿管，内部为两支复合三极管，放大倍数为其乘积，驱动功率大大下降；热损失小，但并联使用均流麻烦。第三代为功率场效应(VMOS)管，优点是栅极与源极和漏极是绝缘的，只需电压激励，可高速开关，无二次击穿，具恒流特性及负温度系数，可简单并联不必均流而扩展功率；缺点是管压降大，不易做出高电压管。第四代大功率三极管即为IGBT,它兼具有VMOS管电压激励等优点，又具有达林顿管管压降较低的优点。实际激励功率比VMOS管稍大，管压降又比达林顿管稍大。

IGBT易制成1200伏以上高压管，这对原边整流时有利。IGBT也有一个缺点，方波开关输出脉冲后沿有约1微秒长的拖尾电流，造成开关损耗。如西门子公司的BUP304当开关频率为20千赫、工作电压为500伏，输出电流为5安时，其脉冲拖尾造成的开关损耗功率达5瓦。若采用谐振开关(软开关)驱动技术，才可减少甚至消除拖尾损耗。可见，IGBT模块的发热量仍然很大，需庞大散热器并用风冷或水冷强制冷却。处置不当，高频开关电源节电效果就不明显。特别当其高频频率特性不良而又强制高频使用时，不但发热量大且很易损坏。

高频开关电源必不可少的另一重要部件为高频变压器，起降压和隔离高低压之用，为简化电路，多采用单端变换器(另有半桥、全桥、推挽等方式)。由于工作频率高，铁芯不能用矽钢片，而用铁氧体材料。大功率时多用环形而不用罐形。由于大功率整流器的变压器多用多股漆包线并接或直接用铜板作次级(此时多为一匝)，因而原边绕组圈数变化不大。其电感量主要取决于铁氧体质量及截面积。变压器损耗有铜损及铁损两部分。铜损取决于铜线及铜排电阻，铜质越好、截面积越大，则电阻越小、铜损也越小。但要保证线径，磁芯就得大，成本要升高。铁损与铁氧体质量(允许峰值磁通密度等指标)、脉冲频率、磁芯截面积等因素相关，设计较为复杂。一般而言，高频变压器发热都严重，温度甚至超过100劣值磁芯可能发热断裂，所以也必须强制冷却