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開關電源的原理和用途

發(fā)布時間:2019-06-21 責任編輯:xueqi

【導讀】開關變換器又稱交換式電源、開關變換器,是一種高頻化電能轉換裝置,是電源供應器的一種。其功能是將一個位準的電壓,透過不同形式的架構轉換為用戶端所需求的電壓或電流。
 
開關電源的輸入多半是交流電源或是直流電源,而輸出多半是需要直流電源的設備,例如個人電腦,而開關電源就進行兩者之間電壓及電流的轉換。
 
開關電源產品廣泛應用于工業(yè)自動化控制、軍工設備、科研設備、LED照明、工控設備、通訊設備、電力設備、儀器儀表、醫(yī)療設備、半導體制冷制熱、空氣凈化器,電子冰箱,液晶顯示器,LED燈具,通訊設備,視聽產品,安防監(jiān)控,LED燈帶,電腦機箱,數(shù)碼產品和儀器類等領域。
 
開關電源的工作原理
 
開關電源的工作過程相當容易理解,在線性電源中,讓功率晶體管工作在線性模式,與線性電源不同的是,PWM開關電源是讓功率晶體管工作在導通和關斷的狀態(tài),在這兩種狀態(tài)中,加在功率晶體管上的伏-安乘積是很小的(在導通時,電壓低,電流大;關斷時,電壓高,電流?。β势骷系姆渤朔e就是功率半導體器件上所產生的損耗??刂破鞯闹饕康氖潜3州敵鲭妷悍€(wěn)定,其工作過程與線性形式的控制器很類似。也就是說控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器,可以設計成與線性調節(jié)器相同。他們的不同之處在于,誤差放大器的輸出在驅動功率管之前要經過一個電壓/脈沖寬度轉換單元。開關電源有兩種主要的工作方式:正激式變換和升壓式變換。盡管它們各部分的布置差別很小,但是工作過程相差很大,在特定的應用場合下各有優(yōu)點。
 
開關電源的組成
 
開關電源由主電路、控制電路、檢測電路、輔助電源四大部份組成。
 
1、主電路
沖擊電流限幅:限制接通電源瞬間輸入側的沖擊電流。
輸入濾波器:其作用是過濾電網存在的雜波及阻礙本機產生的雜波反饋回電網。
整流與濾波:將電網交流電源直接整流為較平滑的直流電。
逆變:將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電,這是高頻開關電源的核心部分。
輸出整流與濾波:根據負載需要,提供穩(wěn)定可靠的直流電源。
 
2、控制電路
一方面從輸出端取樣,與設定值進行比較,然后去控制逆變器,改變其脈寬或脈頻,使輸出穩(wěn)定,另一方面,根據測試電路提供的數(shù)據,經保護電路鑒別,提供控制電路對電源進行各種保護措施。
 
3、檢測電路
提供保護電路中正在運行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據。
 
4、輔助電源
實現(xiàn)電源的軟件(遠程)啟動,為保護電路和控制電路(PWM等芯片)工作供電。
 
開關電源中應用的電力電子器件主要為二極管、IGBT和MOSFET、變壓器。SCR在開關電源輸入整流電路及軟啟動電路中有少量應用,GTR驅動困難,開關頻率低,逐漸被IGBT和MOSFET取代。開關電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。
 
由于開關電源輕、小、薄的關鍵技術是高頻化,因此國外各大開關電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件,特別是改善二次整流器件的損耗,并在功率鐵氧體材料上加大科技創(chuàng)新,以提高在高頻率和較大磁通密度下獲得高的磁性能,而電容器的小型化也是一項關鍵技術。SMT技術的應用使得開關電源取得了長足的進展,在電路板兩面布置元器件,以確保開關電源的輕、小、薄。
 
開關電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的PWM開關技術進行創(chuàng)新,實現(xiàn)ZVS、ZCS的軟開關技術已成為開關電源的主流技術,并大幅提高了開關電源的工作效率。對于高可靠性指標,美國的開關電源生產商通過降低運行電流,降低結溫等措施以減少器件的應力,使得產品的可靠性大大提高。
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