開關電源高功率時代危中覓機
【開心一刻】兒子兩歲了，特愛聽我給他講故事。有次又纏著我講故事給他聽。我說：“媽媽今兒個給你講個賣火柴的小女孩好不好？”兒子天真地問：“媽媽什么是火柴呀？”家里一時也沒有火柴，我也不知道怎么解釋，就頓了頓說：“那媽媽還是給你講個賣打火機的小女孩吧。”在一旁看著電視喝著茶的老公一下子噴了！
【家電配件早九點帶您看行業】網友朋友們，大家上午好！！今天是2012年2月10日，家電配件早九點時間，今天您可以了解到開關電源產業發展概況，以下是詳細內容：
電子設備特別是計算機的不斷小型化，要求供電電源的體積隨之小型化，因而開關電源開始替代以笨重的工頻變壓器為特征的線性穩壓電源，同時電源效率得到明顯提高。電源體積的減小意味著散熱能力的變差，因而要求電源的功耗變小，即在輸出功率不變的前提下，效率必須提高。
高效率功率變換：開關電源設計追求的目標
相同體積的電源的功率耗散基本相同，因此，欲得到更大的輸出功率，必須提高效率，同時，高的電源效率可以有效地減小功率半導體器件的應力，有利于提高其可靠性。
開關電源的損耗主要為：無源元件損耗和有源元件損耗
開關損耗一直困惑著開關電源設計者，由于功率半導體器件在開關過程中，器件上同時存在電流、電壓，因而不可避免地存在開關損耗，如果開關電源中開關管和輸出整流二極管能實現零電壓開關或零電流開關，則其效率可以明顯提高。
開關過程引起的開關損耗大致會占總輸入功率的5%～10%，大幅度降低或消除這一損耗可使開關電源的效率提高5%～10%。最有效的方法是軟開關技術或零電壓開關或零電流開關技術。
在眾多軟開關的方案中，比較實用的有大功率的全橋變換器，通常采用移相零電壓開關的控制方式，這種控制方式要求在初級側需附加一續流電感以確保開關管在零電壓狀態下導通，由于較大的有效值電流流過，這個附加電感將發熱(盡管比RC緩沖電路小得多)，因而在低壓功率變換中并不采用。
無源無損耗緩沖電路的特點是不破壞常規PWM控制方式，設計/調試簡單。盡管如此，無源無損耗緩沖電路和準諧振/零電壓開關工作方式也存在一些缺點，如僅能實現關斷軟開關以及在反激式變換器中不太適于大負載范圍變化。軟開關中有源箝位是提高單管正/反激變換器效率的有效方法，最初的專利限制現在已失效，可以普遍應用。
功率半導體器件的進步：高效率功率變換的根本
功率半導體器件的進步特別是PowerMOSFET的進步引發出功率變換的一系列的進步：PowerMOSFET的極快的開關速度，使開關電源的開關頻率從雙極晶體管的20kHz提高到100kHz以上，有效地減小了無源儲能元件(電感、電容)的體積。低壓PowerMOSFET使低壓同步整流成為現實，器件的導通電壓從肖特基二極管的0.5V左右，降低到同步整流器的0.1V甚至更低，使低壓整流器的效率至少提高了10%。高壓PowerMOSFET的導通壓降和開關特性的改善，提高了開關電源的初級效率。功率半導體器件的功耗的降低也使散熱器和整機的體積減小。
電源界有一個不成文的觀點：不穩壓的比穩壓的效率高、不隔離的比隔離的效率高、窄范圍輸入電壓的比寬范圍輸入的效率高。Vicor的48V輸入電源模塊的效率達到97%。交流輸入開關電源需要功率因數校正，由于功率因數校正已具有穩壓功能，在對輸出紋波要求不高的應用(如輸出接有蓄電池或超級電容器)，可以采用功率因數校正加不調節的隔離變換器電路拓撲，國外在1986年已有產品，效率到達93%以上。
在DC48V輸入電壓的電源模塊中，效率在93%以上的模塊幾乎無一例外地采用前級穩壓、后級不調節隔離的方案，并且將第一級的輸出電容和第二級的輸出電感取消，簡化了電路結構。
國內的很多開關電源在設計上對結構設計的關注相對不夠，有時會出現電源內的各部分溫升不均，有的地方過熱，有的地方幾乎沒有溫升，甚至PCB上產生較大的損耗。一個好的開關電源應該是產生熱的元件均勻分布在PCB上，而且發熱元件的溫升基本一致，PCB應有盡可能小的損耗，這在模塊電源和塑料外殼的Adapter的設計中尤為重要。
效率提高的同時：電源的電磁干擾得到減小
在開關電源的各種損耗中，電磁干擾所產生的損耗，在電源效率高到一定水平后將不容忽視。一方面電磁干擾本身消耗能量，特別是電源效率的提高往往需要軟開關技術或零電壓開關或零電流開關技術(無論是專門設置還是電路本身固有)，應用這些技術減緩了開關過程的電壓、電流的變化速率或消除了開關過程，電磁干擾變得很小，不需要像常規開關電源電路中需要專門設置抑制電磁干擾的電路(這個電路是存在損耗的)。
開關電源進入：高效率功率變換時代
仔細分析，高效率功率變換看起來是很簡單的，甚至有些電路拓撲在20多年前就有介紹(如兩級變換拓撲結構，早在UNITRODE82/83年數據手冊的ApplicationNote的AN19中就有介紹、TEK2235示波器中也采用了這種功率變換拓撲結構)，但受當時的技術水平，特別是人們認識的限制(總是認為兩級變換的效率比單級低，而事實上兩級變換可以實現事實上的固有的零電壓開關，單級變換則需要特殊的附加電路和控制方式)而并沒有得到承認和應用。器件的性能和人們認識的提高已經使兩級變換作為高效率功率變換的主要方式之一。
結語
如今對于開關電源設計工程師和制造廠商而言，先進的功率半導體器件可以方便得到，先進的電路拓撲和控制方式已經開始應用，他們所剩下的就是想辦法提高自己的技術水平，同時創造更好的應用機會和市場份額。
凡是做過開發工作的人員都有這樣的經歷，測試開關電源或在實驗中有聽到類似產品打高壓不良的漏電聲響或高壓拉弧的聲音不請自來：其聲響或大或小，或時有時無;其韻律或深沉或刺耳，或變化無常者皆有。
1、變壓器(Transformer)浸漆不良：包括未含浸凡立水(Varnish)。嘯叫并引起波形有尖刺，但一般帶載能力正常，特別說明：輸出功率越大者嘯叫越甚之，小功率者則表現不一定明顯。本人曾在一款72W的充電器產品中就有過帶載不良的經驗，并在此產品中發現對磁芯的材質有著嚴格的要求。(此款產品客戶要求較為嚴格)補充一點，當變壓器的設計欠佳也有可能工作時振動產生異響。
2、PWMIC接地走線失誤：通常產品表現為會有部分能正常工作，但有部分產品卻無法帶載并有可能無法起振的故障，特別是應用某些低功耗IC時，更有可能無法正常工作。本人曾用過SG6848試板，由于當初沒有透徹了解IC的性能，憑著經驗便匆匆layout，結果試驗時竟然不能做寬電壓測試。悲哀呀!
3、光耦(OptoCoupler)工作電流點走線失誤：當光耦的工作電流電阻的位置連接在次級濾波電容之前時也會有嘯叫的可能，特別是當帶載越多時更甚。
4、基準穩壓(Regulator)ICTL431的接地線失誤：同樣的次級的基準穩壓IC的接地和初級IC的接地一樣有著類似的要求，那就是都不能直接和變壓器的冷地熱地相連接。如果連在一起的后果就是帶載能力下降并且嘯叫聲和輸出功率的大小呈正比。當輸出負載較大，接近電源功率極限時，開關變壓器可能會進入一種不穩定狀態：前一周期開關管占空比過大，導通時間過長，通過高頻變壓器傳輸了過多的能量;直流整流的儲能電感本周期內能量未充分釋放，經PWM判斷在下一個周期內沒有產生令開關管導通的驅動信號或占空比過小;開關管在之后的整個周期內為截止狀態，或者導通時間過短;儲能電感經過多于一整個周期的能量釋放，輸出電壓下降，開關管下一個周期內的占空比又會大……如此周而復始，使變壓器發生較低頻率(有規律的間歇性全截止周期或占空比劇烈變化的頻率)的振動，發出人耳可以聽到的較低頻率的聲音。同時，輸出電壓波動也會較正常工作增大。當單位時間內間歇性全截止周期數量達到總周期數的一個可觀比例時，甚至會令原本工作在超聲頻段的變壓器振動頻率降低，進入人耳可聞的頻率范圍，發出尖銳的高頻“哨叫”。此時的開關變壓器工作在嚴重的超載狀態，時刻都有燒毀的可能——這就是許多電源燒毀前“慘叫”的由來，相信有些用戶曾經有過類似的經歷。
空載，或者負載很輕時開關管也有可能出現間歇性的全截止周期，開關變壓器同樣工作在超載狀態，同樣非常危險。針對此問題，可通過在輸出端預置假負載的方法解決，但在一些“節省”的或大功率電源中仍偶有發生。當不帶載或者負載太輕時，變壓器在工作時所產生的反電勢不能很好的被吸收。這樣變壓器就會耦合很多雜波信號到你的1。2繞組。這個雜波信號包括了許多不同頻譜的交流分量。其中也有許多低頻波，當低頻波與你變壓器的固有振蕩頻率一致時，那么電路就會形成低頻自激。變壓器的磁芯不會發出聲音。我們知道，人的聽覺范圍是20--20KHZ。所以我們在設計電路時，一般都加上選頻回路。以濾除低頻成份。從你的原理圖來看，你最好是在反饋回路上加一個帶通電路，以防止低頻自激。或者是將你的開關電源做成固定頻率的即可。
大功率開關電源短路嘯叫
相信大家遇到過這種情況，開關電源在滿載后突然將電源短路測試，有時候會聽到電源有嘯叫的情況;或者是在設置電流保護時，當電流調試到某一段位，會有嘯叫，其嘯叫的聲音抑揚頓挫，甚是煩人，究其原因主要為以下：
當輸出負載較大，接近電源功率極限時，開關變壓器可能會進入一種不穩定狀態:前一周期開關管占空比過大，導通時間過長，通過高頻變壓器傳輸了過多的能量;直流整流的儲能電感本周期內能量未充分釋放，經PWM判斷，在下一個周期內沒有產生令開關管導通的驅動信號或占空比過小;開關管在之后的整個周期內為截止狀態，或者導通時間過短;儲能電感經過多于一整個周期的能量釋放，輸出電壓下降，開關管下一個周期內的占空比又會大……如此周而復始，使變壓器發生較低頻率(有規律的間歇性全截止周期或占空比劇烈變化的頻率)的振動，發出人耳可以聽到的較低頻率的聲音。同時，輸出電壓波動也會較正常工作增大。當單位時間內間歇性全截止周期數量達到總周期數的一個可觀比例時，甚至會令原本工作在超聲頻段的變壓器振動頻率降低，進入人耳可聞的頻率范圍，發出尖銳的高頻“哨叫”。此時的開關變壓器工作在嚴重的超載狀態，時刻都有燒毀的可能——這就是許多電源燒毀前“慘叫”的由來，相信有些用戶曾經有過類似的經歷。空載，或者負載很輕時開關管也有可能出現間歇性的全截止周期，開關變壓器同樣工作在超載狀態，同樣非常危險。
針對此問題，可通過在輸出端預置假負載的方法解決，但在一些“節省”的或大功率電源中仍偶有發生。當不帶載或者負載太輕時，變壓器在工作時所產生的反電勢不能很好的被吸收。這樣變壓器就會耦合很多雜波信號到你的1。2繞組。這個雜波信號包括了許多不同頻譜的交流分量。其中也有許多低頻波，當低頻波與你變壓器的固有振蕩頻率一致時，那么電路就會形成低頻自激。變壓器的磁芯不會發出聲音。我們知道，人的聽覺范圍是20--20KHZ。所以我們在設計電路時，一般都加上選頻回路。以濾除低頻成份。從你的原理圖來看，你最好是在反饋回路上加一個帶通電路，以防止低頻自激。或者是將你的開關電源做成固定頻率的即可。
2011年，全球經濟風起云涌，隨著歐洲主權債務危機的蔓延和美國經濟陷入高失業、高負債的困境，世界經濟復蘇的不穩定性、不確定性明顯上升。國內方面，盡管整體經濟繼續保持平穩較快增長的運行態勢，但是經濟增長速度逐季回落，經濟發展中不平衡、不協調、不可持續等問題仍然突出。近期召開的中央工作會議上提出，實現經濟發展“穩中求進”成為明年經濟工作的重中之重。2012可謂是充滿危機與挑戰的一年。如何“危”中覓“機”，實現“穩中求進“的增長態勢，是上至整個國家，小到每個企業都在思考的問題，于我們電源行業來說同樣如此。
2012年國內外經濟環境嚴峻
2011年并不是一個輕松的年份，2008年由華爾街掀起的金融海嘯余波未平，發源于地中海的歐債危機又平起波瀾。全球經濟從2008年起一直未能走出衰退的陰影。為了挽救下滑的經濟，各國都出臺了大規模的經濟刺激計劃，其中中國的“4萬億”經濟刺激計劃最引人矚目。然而，三年過去了，中國當下的經濟形勢卻不容樂觀。
過去一年，中國經濟增速一直持續回落，從一季度的9.7%回落到三季度的9.1%，預計四季度經濟增速將低于9%。另一方面，當前我國經濟發展中不平衡、不協調、不可持續的矛盾和問題仍很突出，經濟增長下行壓力和物價上漲壓力并存，部分企業生產經營困難，節能減排形勢嚴峻，經濟金融等領域也存在一些不容忽視的潛在風險。
國際環境方面，主權債務危機不斷升級加大了世界經濟復蘇的艱巨性和復雜性。美國經濟增速雖略有回升，但失業率仍高達9%左右，房地產市場持續低迷，增長后勁不足。歐洲深受主權債務危機沖擊，經濟政策陷入兩難境地，盡管近期歐盟就解決債務危機達成協議，但能否有效落實和成效還難以預料。日本經濟已連續三個季度負增長，隨著災后重建全面鋪開，經濟有望出現一定恢復勢頭，但外部需求回調、日元持續升值，經濟增長后勁依然不足。印度、巴西和俄羅斯等新興經濟體等面臨通脹上升和經濟增速回落的雙重壓力，今年以來所采取的緊縮政策使得經濟增速持續回落。
國際經濟金融形勢的復雜嚴峻狀況，對我國經濟運行的不利影響正逐步加深。2012年是“十二五”規劃承上啟下的重要一年，保持經濟社會發展良好勢頭具有重要意義。面對如此復雜嚴峻的經濟形勢，2012年中國經濟能否在內憂外患中殺出重圍實現增長？
實現經濟發展“穩中求進”
作為最高級別的經濟形勢分析和決策會議，每年的中央經濟工作會議都被視為判斷當前經濟形勢和來年政策走向的風向標。2011年12月12日至14日召開的中央經濟工作會議上，中央明確提出，“做好明年的經濟工作，要堅持統籌兼顧，切實把握好各項目標、任務之間的平衡，穩中求進”。
嚴峻形勢下，“穩”字當頭，穩中求進，成為明年經濟工作基調。也只有堅持穩中求進，才能更好地應對國際金融危機等帶來的困難和挑戰，破解面臨的復雜問題，鞏固經濟社會發展的良好勢頭，順利推進“十二五”規劃的實施。
專家認為，保持明年宏觀經濟的“穩”，更多的是為了在發展方式轉變、經濟結構調整和深化改革方面的“進”。
2012年的重要任務之一就是要加快經濟結構調整，促進經濟自主協調發展。要著力推進產業結構優化升級，堅持創新驅動，培育發展戰略性新興產業，注重推動重大技術突破，注重增強核心競爭力。
新興產業政策頻出助力工業轉型
在中央工作會議召開前后，多個產業規劃密集出臺，對裝備制造行業、船舶行業、汽車行業、冶金和建材行業、石化行業、輕紡行業、包裝行業、電子信息行業及建筑業等傳統制造業都制訂出了政策導向，成為年末市場上的一道風景。這些規劃都有著相同的政策傾向性。都以“產業結構調整和經濟轉型”為主線，以改善民生、拉動內需、節能環保、低碳綠色、戰略新興為主方向。
一年前，國務院發布了《關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》，吹響了戰略新興產業的進攻號角。經過一年的調研和醞釀，各個新興產業規劃已經制定成熟并將陸續出臺。同時，一系列圍繞戰略新興產業的政策措施也將相繼出臺。
節能環保
2011年12月20日，國務院公布了《國家環境保護“十二五”規劃》。《環保規劃》顯示，“十二五”全社會環保投資需求約3.4萬億元，并且在未來節能減排的力度還將擴大。其中，優先實施8項環境保護重點工程，開展一批環境基礎調查與試點示范，投資需求約1.5萬億元。
《環保規劃》中特別提到，要“實施區域大氣污染物特別排放限值，對火電、鋼鐵、有色金屬、石化、建材、化工等行業進行重點防控”，而且，要對“京津冀、長三角和珠三角等區域開展臭氧、細顆粒物（PM2.5）等污染物監測，開展區域聯合執法檢查”。《環保規劃》要求，加強工業煙粉塵控制，推進燃煤電廠、水泥廠除塵設施改造，鋼鐵行業現役燒結（球團）設備要全部采用高效除塵器，加強工藝過程除塵設施建設。
此次投資的3.4萬億元，較之前市場預期的3萬億提高了13%。專家認為：“十二五”期間國家通過加強節能環保倒逼產業轉型提速的目標已經明確，隨著國家對節能減排的投入，相關行業將迎來新的發展機遇。
高端裝備制造產業
20011年11月16日，工信部裝備司司長張相木在召開的機械工業經濟形勢報告會上表示，高端裝備制造業“十二五”規劃即將下發，重點方向包括航空裝備、海洋工程裝備、軌道交通裝備、衛星制造裝備及應用、智能制造裝備等5個領域。其中，智能制造裝備、衛星制造裝備及應用方面的專項資金已得到落實。智能制造裝備方面第一批19個項目，國家補貼資金9.5億元已下達，比較重視的是帶有首臺首套性質的產品，國家補貼占產品銷售價格的25%-30%，最高的達50%。支持的對象既有項目開發單位，更有首臺（套）產品使用部門。對航空裝備、海洋工程裝備等的財政支持正在落實中。航空發動機也將列入高端裝備制造業“十二五”規劃相關重大專項規劃中。
在金融支持方面，工信部將組織地方企業申請創新產品，貸款可獲得優惠。預計到2015年，我國智能裝備產業銷售收入將達到1萬億元，國民經濟重點產業所需高端智能裝備及基礎制造裝備國內市場占有率達到50%，2020年智能裝備行業銷售收入達到2萬億元，國內市場占有率達到70%。
2012年的重要任務之一就是要加快經濟結構調整，促進經濟自主協調發展。要著力推進產業結構優化升級，堅持創新驅動，培育發展戰略性新興產業，注重推動重大技術突破，注重增強核心競爭力。
新能源產業
2011年12月15日，國家能源局公布了一系列可再生能源“十二五”規劃目標，到2015年風電將達1億kW，年發電量1900億kWh，其中海上風電500萬kW；太陽能發電將達1500萬kW，年發電量200億kWh；加上生物質能、太陽能熱利用以及核電等，2015年非化石能源開發總量將達到4.8億噸標準煤。
國家能源局副局長劉琦表示，“十二五”期間，將加強風電行業管理，狠抓風電并網和消納工作，提高風電技術和質量要求，對風電實行年度開發計劃管理，保證風電開發有序進行；完善光伏發電補貼政策，支持分布式光伏發電的應用；促進農村可再生能源利用，到2015年，在全國建設200個綠色能源示范縣。
新能源汽車
2011年10月1日起，我國實施新的節能汽車補貼政策；納入補貼范圍的節能汽車門檻提高，百公里平均油耗從6.9升降低到6.3升；補貼標準不變。2011年11月22日，科技部、發改委、財政部、工業和信息化部正式下發《關于進一步做好節能與新能源汽車示范推廣試點工作的通知》，要求試點城市積極研究針對新能源汽車免除車牌拍賣、搖號、限行等限制措施，并出臺停車費、電價、道路通行費等扶持政策。
此前曝光的《節能與新能源汽車產業發展規劃（2011-2020）》中提到，新能源汽車未來發展目標包括兩大塊：一是2015年前，將大力扶持節能與新能源汽車的關鍵零部件的發展，在電機、電池等核心零部件領域，力爭形成（3~5）家動力電池、電機等關鍵零部件骨干企業，產業集中度超過60%；二是實現普通混合動力汽車的產業化，力爭中、重度混合動力乘用車保有量達到100萬輛以上。
為了實現這個目標，《環保規劃》建議政府財政投入1000億元人民幣，用于打造新能源汽車產業鏈，建議其中500億元為節能與新能源汽車產業發展專項資金，重點支持關鍵技術研發和產業化；300億元用于支持新能源汽車示范推廣；200億元用于推廣混合動力汽車為重點的節能汽車；另外，100億元用于扶持核心汽車零部件業發展，50億元用于試點城市基礎設施建設。
新一代信息技術
在七大戰略性新興產業中，新一代信息技術被寄予促進工業化與信息化融合、培育自主創新能力的重任，在“調結構”的背景下，新一代信息技術更是成為帶動產業升級轉型的推動力。新一代信息技術產業將重點發展新一代移動通信、下一代互聯網、三網融合、物聯網、云計算、集成電路、新型顯示、高端軟件、高端服務器和信息服務。
國家發改委副主任張曉強在第十三屆中國國際高新技術成果交易會上談到，“十二五”期間我國戰略性新興產業發展規劃中安排了信息惠民工程，要著力把物聯網、云計算和其他信息技術更好地應用到教育、衛生、社會保障等民生領域。
據悉，由工信部牽頭制定的《物聯網“十二五”發展規劃》(下稱《物聯網規劃》)將在近期出臺，規劃將從產業、財稅等多方面，提升物聯網產業發展水平。
電源行業持續發展需“危”中覓“機”
2008年國際金融危機發生以來的種種情況表明，我們面對的不是一場單純的經濟金融危機，而是多年積累的結構性問題的總爆發和連鎖反應。
為了擺脫危機的困擾，各國正紛紛謀劃經濟結構深度調整，實施以先進制造業為核心的“再工業化”。
作為工業制造業的一部分，2011年我國電源產業的整體發展情況仍維持平穩增長局面，產業各項經濟指標基本正常，但生產、出口、效益各方面均尚未恢復至危機前水平。與其它產業面臨的情況一樣，調結構、轉方式、增強產業核心競爭力成為迫在眉睫的任務。
展望2012年，我國電源產業既受到世界經濟不振、外需疲軟的影響，又有國內資源環境約束強化、結構調整壓力加大的制約；既存在產業結構不合理、自主創新能力不強等長期沒有得到解決的老問題，又面臨生產經營綜合成本上升、政策調整和市場變化等新情況；企業既面對生存的競爭挑戰，又面臨轉型的發展壓力。
電源企業需對自身發展所面臨的復雜形勢有充分的認識，做到危中覓機、提前部署。
一方面，企業需考慮如何調整貿易伙伴結構，減輕出口下滑帶來的不利影響。同時，努力擴大國內市場需求，緊跟政策投資熱點，重點關注國家大力扶持的新興領域，并充分利用相關專項資金及各種扶持政策，支持新興領域核心關鍵技術研發和產業化。
另一方面，中西部地區部分中心城市，已加速成長為我國電子信息產業的區域新增長級。2012年，隨著中部崛起、西部大開發等國家戰略的持續推進，《國務院關于中西部地區承接產業轉移的指導意見》的深入貫徹，以及中西部地區成本優勢、資源優勢、政策優勢的日益凸顯，西部地區將為電源行業帶來更多的發展機遇。
此外，電源產業應積極探索企業合作創新機制，加強大企業與中小企業間的聯合與協作，推動形成密切合作的研發體系，提升產業鏈整體競爭力以應對未來面臨的挑戰。
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