[发明专利]一种直流电源

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体而言，涉及一种直流电源。

背景技术

众所周知，在半导体设备中常常设置或配置有一些精密仪器，比如高真空规和质量流量计(MFC，Mass Flow Controller)。这些精密仪器通常由直流电源对其进行供电。目前，直流电源根据其基本工作原理可分为线性电源和开关电源。

其中，如图1所示，线性电源主要包括工频变压器、输出整流滤波器、控制电路(图未示)和保护电路(图未示)等。通常，线性电源的工作过程为：先由工频变压器对输入的交流电进行变压，而后再经输出整流滤波器进行整流滤波，以得到所需要的直流电压。

目前，线性电源的技术较为成熟，可以达到很高的稳定度，波纹也很小，而且没有开关电源具有的干扰与噪音。但是在实际应用中，其存在这样的缺点：其一，由于整流电路中的滤波电容以及变压器的体积较大，因而导致整个电源体积庞大且笨重；其二，线性电源中的电压反馈电路通常工作在线性状态，其调整管上存在一定的电压降而导致一定功耗，尤其是在输出较大工作电流时，调整管的功耗通常较大，从而导致转换效率低，而且功耗较大还导致产生的热量较多，而这就需要安装很大的散热片。

鉴于线性电源在实际使用中的上述缺点，其正在被开关电源所取代。

如图2所示，开关电源主要包括输入整流电路、变换器、输出整流电路。其中，上述各个部分的作用和工作原理为：输入整流电路对交流输入进行整流滤波，将交流输入变成直流电压，并输入到变换器。变换器将直流电变换成高频交流电，并通过控制功率场效应管的开关频率，来调节输出直流电压的大小，也就是说交流输入电压变成多大的直流电压是由这一部完成的；另外变换器还能起到将输出部分与输入电网隔离的作用。输出整流电路将变换器输出的高频交流电压整流滤波，以得到需要的直流电压；同时，输出整流电路还防止高频噪声对负载的干扰。

通过上述描述可以看出，开关电源的工作过程通常包括下述三个过程：即，交流变成直流，直流变成所需的交流，而后对此交流进行滤波以得到所需的直流。

相对于线性电源，普通开关电源具有体积小、重量轻、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化等优点，然而在实际应用中，其缺点也是明显的，例如，纹波较大、输出谐波含量丰富、对负载影响较大，这主要是因为：变换器工作过程中的中间逆变电压其相电压的波形为只有两个电平的PWM波形，其dv/dt较大，如图3所示。

众所周知，普通开关电源的逆变电压为PWM波形，其采用的是PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)控制，即脉冲宽度调节控制。采用这种控制方法，开关频率保持恒定而接通时间的长短是可变的，一个周期内开关接通时间占整个周期的比例，称为占空比。调整占空比即可调整输出电压的大小。而且，由傅立叶公式分析可知，PWM电压波形含有大量的高次谐波，而高次谐波的产生主要是由于PWM波形的dv/dt很高造成的。这些谐波使该开关电源输出电压的质量降低，并影响输出直流电压的性能，从而对应用该开关电源的系统造成不可估量的损失。

而且，在实际应用中，精密仪器对直流电源的纹波要求也很高，例如要求纹波小于20mv。然而，一般的开关电源纹波为1％，也就是说对于15v的开关电源来讲，其纹波大约为150mv，这将不能满足上述要求。

因此，人们一直试图寻求到一种能够满足精密仪器供电要求的直流电源。例如，现有技术一就提供了这样一种改进的直流电源。具体地，这种改进的直流电源通过在图2所示普通开关电源的基础上增加简单的滤波电路，以对这些精密的仪器进行供电，也就是说，将普通开关电源输出的电压信号经过滤波电路进行滤波而降低纹波之后，再提供给这些精密仪器等负载。

然而在实际应用中，现有技术一提供的直流电源存在下述不足：

其一，由于现有技术一提供的直流电源仅仅在图2所示开关电源的基础上增加简单的滤波电路，也就是说，使图2所示开关电源的输出信号传输至简单的滤波电路，由该滤波电路对其进行滤波，而并没有改变开关电源中逆变电压的波形，这样，逆变电压PWM波形的dv/dt仍然很大，其谐波含量仍然很丰富。因此，现有技术一提供的直流电源的输出电压的质量依然不高，难以满足精密仪器的需要。