[发明专利]线性电源实现高效率的通用性和集成化技术

说明书

所属技术领域

近百年来，线性电源一直被认定为高技术指标、低效率，其效率低的问题从未得到实质性的解决，本发明采用电子电路自动控制原理和通用性技术，使所有不同输出功率的、可调和固定输出电压的线性电源、效率都能得到最大限度的提升，该技术属电源电子技术领域。

背景技术

开关电源虽然效率很高，但技术指标很低是由其工作方式决定的，很难得到实质性的提高，故现在依然有相当数量的电子产品继续采用线性电源供电。

目前的可调式线性直流稳压电源，电源调整管的输出电压可调，而电源调整管的输入电压不变，一般比最大输出电压大几伏，以保证稳定电源在所有输出电压和电流范围内都能正常工作。这样，当输出电压低时，电源调整管输出输入两端就有很大的压差，当输出电流也大时，电源调整管就有很大的功率消耗，因此，目前的线性直流稳定电源的效率很低，其次，电源调整管必须有很大的功率储备，这导致产品的成本增高。

有一种改进方法是：当输出电压调整到某一设定阈值时，使一个继电器动作，继电器触点接通变压器次级相应的电压绕组，这种方法对降低电源调整管的最大功率消耗有一定的作用，但由于技术和成本原因，这种控制点不能设太多，一般0-30V设一个点，0-50V设两个点，因此，在整个输出范围内，对效率的提高并不明显。另外由于使用了频繁工作的功率机械器件，可靠性也随之下降。

上世纪80年代曾有一种“用可控硅移相实现电源调整管输入输出电压自动跟踪”的方法，该法需要大容量的电容器滤波，电压跟踪精度低，必须用笨重的工频变压器，成本很高，更致命的是这种方式严重破坏电网波形，造成电网公害，国际上早已禁止在产品中使用。

低压差线性集成稳压器和模块效率很高，但工作方式是被动的，即可以改变输出电压，但不能控制和改变输入电压，在绝大多数情况下，其效率高的特性不能体现。

目前提高效率最好的方法是可调式低压开关电源，平均效率可达到90％以上，但存在以下几个问题制约了其发展：

1)输出纹波太大，大电流输出至少在100mV_P-P以上，即使采取很大的成本措施，也只能做到几十mV，不能达到各行各业对精密直流稳定电源的技术指标要求；

2)由于功率器件工作在开关状态，有难以克服的射频干扰和电磁干扰；

3)需要储能电感、储能电容、续流管，成本也相对提高。

4)储能电感有大电流下的铜损和磁损，储能电容有高频下的介质损耗，续流管有导通压降和开关损耗，实际效率要比理想效率低很多。

在固定电压输出的直流稳压电源方面，高压开关电源在有些电子产品获得了应用，但和低压开关电源一样，输出纹波大对电子产品的影响问题无法解决，根据其工作特性很难出现根本性的突破，尤其是多路输出直流稳压电源更是如此，所以在大多数工业、军工、医疗、仪器仪表、机电设备这些品种繁多而用量又不大的重要领域，一方面很难直接使用，另一方面即便能够使用，也需要对产品进行大量的测试和检验，以确定纹波等技术参数不高对产品的正常工作和性能指标产生的影响，这无疑增大了产品的研发工作量和研发成本，尤其是现今电子产品的更新换代很快，故很多产品采用高压开关电源显得有些得不偿失，甚至有些产品不可能采用高压开关电源。

目前有的产品采用图2所示的方法，在直流稳压电源的前级用开关电源稳压，后级用低压差线性集成稳压器二次稳压，这种方法既可以提高效率，又可以减小纹波，但并不是固定输出电压线性电源最好的解决方案，因为：

1)需要两个固定电压分别稳压，会出现批量生产产生的大的电压差异；

2)如果输出电流是可变的，特别是在大电流变化下，很多元器件的功能参数都会改变；

3)使用时间的长短会对元器件性能参数产生影响。

基于以上这些随机因素，这种方案需要在产品最初的设计中留有很大的压差余量，所以这种方式不能最大限度地提升固定输出电压的线性电源的效率。

发明内容

本发明综合电源调整管输出输入电压自动跟踪技术、大闭环反馈控制技术、开关电源全程功率调节技术、电子元器件应用技术，而做到：无论是输出电压可调线性电源还是固定输出电压线性电源，无论这两种线性电源输出电压和电流有多大或变化有多大，以及线性电源的各种功率构成：1)三端稳压器；2)大功率晶体管；3)MOS型场效应管；4)低压差线性集成稳压器或模块，5)普通线性电源模块，都能够用最简捷的方式实现最大限度的效率提升，即效率达到该功率器件的使用极限，