隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新,開關電源技術也在不斷創(chuàng)新。目前,開關電源因其體積小、重量輕、效率高而被廣泛應用于幾乎所有的電子設備中。它是電子信息產業(yè)快速發(fā)展不可或缺的供電方式。
開關電源是一種利用現(xiàn)代電力電子技術控制開關管開關時間比并保持穩(wěn)定輸出電壓的電源。開關電源一般由脈寬調制控制集成電路和場效應管組成。
開關電源相對于線性電源。它的輸入直接將交流電整流成直流電。在高頻振蕩電路的作用下,開關管控制電流的通斷,形成高頻脈沖電流。借助電感(高頻變壓器),輸出穩(wěn)定的低壓直流電。
由于變壓器鐵芯的尺寸與開關電源工作頻率的平方成反比,頻率越高,鐵芯越小。這可以大大減少變壓器,并減少電源的重量和體積。由于它直接控制DC,這種電源的效率比線性電源高得多。這節(jié)約了能源,所以很受人們的歡迎。然而,它也有缺點,即電路復雜,維護困難,電路污染嚴重。該電源噪聲高,不適用于某些低噪聲電路。
開關電源一般由脈寬調制控制集成電路和場效應管組成。隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新,開關電源以其體積小、重量輕、效率高的特點被廣泛應用于幾乎所有的電子設備中,顯示出其重要性。
根據(jù)開關器件在電路中的連接方式,開關電源一般可分為串聯(lián)開關電源、并聯(lián)開關電源和變壓器開關電源。
其中,變壓器式開關電源又可分為推挽式、半橋式和全橋式。根據(jù)變壓器的勵磁和輸出電壓的相位,可分為正向勵磁型、反激式、單勵磁型和雙勵磁型。
普通電源一般是線性電源。線性電源是指調節(jié)管工作在線性狀態(tài)的電源。然而,它在開關電源方面是不同的。開關管(在開關電源中,我們通常稱之為調節(jié)管開關管)工作在開和關兩種狀態(tài):開——電阻很小,關——電阻很大。
開關電源是一種相對新型的電源。它具有效率高、重量輕、可升降壓、輸出功率高等優(yōu)點。然而,由于電路工作在開關狀態(tài),噪聲相對較大。
讓我們簡單談談降壓開關電源的工作原理:電路由開關(實際電路中的三極管或場效應管)、續(xù)流二極管、儲能電感、濾波電容等組成。
當開關閉合時,電源通過開關和電感向負載供電,并將部分電能儲存在電感和電容中。由于電感的自感,開關接通后電流緩慢增加,即輸出不能立即達到電源電壓值。
一段時間后,開關關閉,由于電感的自感(電感中的電流在視覺上被認為具有慣性效應),電路中的電流將保持不變,即從左到右繼續(xù)流動。該電流流經負載,從地返回,流向續(xù)流二極管的正極,流經二極管,并返回電感的左端,從而形成一個環(huán)路。
輸出電壓可以通過控制開關閉合和斷開的時間來控制(即脈寬調制)。如果通過檢測輸出電壓來控制開/關時間,以保持輸出電壓不變,就實現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。
普通電源和開關電源具有相同的調壓管
普通半橋開關電源的主要工作原理是上橋和下橋的開關管(高頻時為VMOS)交替導通。首先,電流流過上橋開關管,通過利用電感線圈的存儲功能,電能集中在線圈中。最后,合上上橋開關管,打開下橋電感線圈開關管,電容將持續(xù)向外供電。然后關閉下橋開關管,打開上橋允許電流進入。這是重復的。它被稱為開關電源,因為這兩個開關管需要輪流打開和關閉。
線性電源就不同了,因為沒有開關的介入,使得供水管道一直在排水,如果有很多,就會漏出來,這就是我們經常看到的一些線性電源調節(jié)管道的熱量很大,把電用完了,全部轉換成熱能。從這個角度來看,線性電源的轉換效率很低,當熱量很高時,元器件的使用壽命必然會下降,影響最終的使用效果。
線性電源的功率調節(jié)管總是工作在放大區(qū),流過它的電流是連續(xù)的。由于調節(jié)管功率損耗大,需要一個大功率的調節(jié)管,并配有一個大體積的散熱器,其發(fā)熱嚴重,效率低,一般在40%到60%之間(也是一個很好的線性電源)。
線性電源的工作方式是,必須有一個從高壓到低壓的降壓裝置。一般來說,它是一個變壓器,還有像KX這樣的其他電源,然后通過整流輸出DC電壓。這樣,體積也很大,相對較重,效率低,發(fā)熱量也大;然而,它也具有紋波小、調整率好、外部干擾小的優(yōu)點,適用于模擬電路/各種放大器等。
該開關電源的功率器件工作在開關狀態(tài),電壓調節(jié)時通過電感線圈暫時儲存能量,損耗小,效率高,散熱要求低,但對變壓器和儲能電感也有較高的要求,開關電源采用低損耗、高磁導率的材料制成。它的變形金剛是一個小詞??傂试?0%到98%之間,開關電源效率高但體積小,但與線性電源的紋波相比,電壓電流調整率有一定的折扣。