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    什么是开关电源?开关电源工作原理是什么?

    2018-08-29 14:52:26

    开关电源在生产生活中广泛使用,是电子设计中重要的一环,开关电源小型、轻量、效率高,但是关于开关电源大家是否真正了解呢?本文将从开关电源的含义、开关电源的工作原理等方面为大家具体介绍,帮助大家更好的理解开关电源。

    一、什么是开关电源

    开关电源就是利用电子开关器件(如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等),通过控制电路,使电子开关器件不停地“接通”和“关断”,让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制,从而实现DC/AC、DC/DC电压变换,以及输出电压可调和自动稳压。

    开关电源是相对线性电源来说的。他输入端直接将交流电整流变成直流电,再在高频震荡电路的作用下,用开关管控制电流的通断,形成高频脉冲电流。在电感(高频变压器)的帮助下,输出稳定的低压直流电。由于变压器的磁芯大小与他的工作频率的平方成反比,频率越高铁心越小。这样就可以大大减小变压器,使电源减轻重量和体积。而且由于它直接控制直流,使这种电源的效率比线性电源高很多。这样就节省了能源,因此它受到人们的青睐。但它也有缺点,开关电源电路复杂,维修困难,对电路的污染严重。电源噪声大,不适合用于某些低噪声电路。

    线性电源(Liner power supply)是先将交流电经过变压器降低电压幅值,再经过整流电路整流后,得到脉冲直流电,后经滤波得到带有微小波纹电压的直流电压。要达到高精度的直流电压,必须经过稳压电路进行稳压。

    二、开关电源的工作原理

    开关电源的工作过程是很容易理解的,在线性电源中,让功率晶体管工作在线性模式,与线性电源不同的是,PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态,在这两种状态中,加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的(在导通时,电压低,电流大;关断时,电压高,电流小)/功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。

    与线性电源相比,PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”,即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。

    三、开关电源的优缺点:

    开关电源的主要优点:体积小、重量轻(体积和重量只有线性电源的20~30%)、效率高(一般为60~70%,而线性电源只有30~40%)、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化。

    开关电源的主要缺点:由于逆变电路中会产生高频电压,对周围设备有一定的干扰。需要良好的屏蔽及接地。

    交流电经过整流,可以得到直流电。但是,由于交流电压及负载电流的变化,整流后得到的直流电压通常会造成20%到40%的电压变化。为了得到稳定的直流电压,必须采用稳压电路来实现稳压。按照实现方法的不同,稳压电源可分为三种:线性稳压电源、相控稳压电源、开关稳压电源。其中开关电源代表低碳环保和先进电源的发展趋势。

    四、开关电源选择时的注意事项

    (1) 选用合适的输入电压规格;

    (2) 选择合适的功率。为了使电源的寿命增长,可选用多30%输出功率额定的机种。

    (3) 考虑负载特性。如果负载是马达、灯泡或电容性负载,当开机瞬间时电流较大,应选用合适电源以免过载。如果负载是马达时应考虑停机时电压倒灌。

    (4) 此外尚需考虑电源的工作环境温度,及有无额外的辅助散热设备,在过高的环温电源需减额输出。环温对输出功率的减额曲线。

    (5) 根据应用所需选择各项功能:

    保护功能:过电压保护(OVP)、过温度保护(OTP)、过负载保护(OLP)等。

    应用功能:信号功能(供电正常、供电失效)、遥控功能、遥测功能、并联功能等。

    特殊功能:功因矫正(PFC)、不断电(UPS)

    选择所需符合的安规及电磁兼容(EMC)认证。

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