什么叫開關(guān)電源

今天我們來聊一聊開關(guān)電源，說到開關(guān)電源，電工和電氣工程師們肯定不會(huì)覺得陌生，如果注意觀察，其實(shí)生活也處處都有開關(guān)電源。例如筆記本電腦的適配器，手機(jī)的充電器，都是開關(guān)電源的一種。

目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于LED照明、監(jiān)控設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備、廣告燈箱以及景觀亮化等場所。開關(guān)電源合理的選擇使用，對(duì)我們的設(shè)備穩(wěn)定性及安全性息息相關(guān)，所以大家對(duì)于開關(guān)電源一定要有基本的認(rèn)識(shí)。

什么是開關(guān)電源

開關(guān)電源也叫交直流轉(zhuǎn)換器，是指輸入是交流電源(例如市電)，而輸出是直流電源的設(shè)備。

例如工業(yè)上，經(jīng)常要用到穩(wěn)定的24V直流開關(guān)電源，用來給PLC，各類傳感器，繼電器，觸摸屏，電磁閥等提供直流電源。就需要用到開關(guān)電源對(duì)輸入電壓及電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

為了方便安裝也有導(dǎo)軌式開關(guān)電源作為在工業(yè)自動(dòng)化控制電路中與其他導(dǎo)軌式交流接觸器，繼電器可以方便排放。其實(shí)它與普通開關(guān)電源功能完全一樣的。

開關(guān)電源不同于線性電源，開關(guān)電源利用的切換晶體管多半是在全開模式(飽和區(qū))及全閉模式(截止區(qū))之間切換，這兩個(gè)模式都有低耗散的特點(diǎn)，切換之間的轉(zhuǎn)換會(huì)有較高的耗散，但時(shí)間很短，因此比較節(jié)省能源，產(chǎn)生廢熱較少。理想上，開關(guān)電源本身是不會(huì)消耗電能的。電壓穩(wěn)壓是透過調(diào)整晶體管導(dǎo)通及斷路的時(shí)間來達(dá)到。相反的，線性電源在產(chǎn)生輸出電壓的過程中，晶體管工作在放大區(qū)，本身也會(huì)消耗電能。開關(guān)電源的高轉(zhuǎn)換效率是其一大優(yōu)點(diǎn)，而且因?yàn)殚_關(guān)電源工作頻率高，可以使用小尺寸、輕重量的變壓器，因此開關(guān)電源也會(huì)比線性電源的尺寸要小，重量也會(huì)比較輕。

若電源的高效率、體積及重量是考慮重點(diǎn)時(shí)，開關(guān)電源比線性電源要好。不過開關(guān)電源比較復(fù)雜，內(nèi)部晶體管會(huì)頻繁切換，若切換電流尚未加以處理，可能會(huì)產(chǎn)生噪聲及電磁干擾影響其他設(shè)備，而且若開關(guān)電源沒有特別設(shè)計(jì)，其電源功率因數(shù)可能不高。

現(xiàn)代開關(guān)電源有兩種：一種是直流開關(guān)電源;另一種是交流開關(guān)電源。這里主要介紹的只是直流開關(guān)電源，其功能是將電能質(zhì)量較差的原生態(tài)電源(粗電)，如市電電源或蓄電池電源，轉(zhuǎn)換成滿足設(shè)備要求的質(zhì)量較高的直流電壓(精電)。直流開關(guān)電源的核心是DC/DC轉(zhuǎn)換器。因此直流開關(guān)電源的分類是依賴DC/DC轉(zhuǎn)換器分類的。也就是說，直流開關(guān)電源的分類與DC/DC轉(zhuǎn)換器的分類是基本相同的，DC/DC轉(zhuǎn)換器的分類基本上就是直 流開關(guān)電源的分類。

直流DC/DC轉(zhuǎn)換器按輸入與輸出之間是否有電氣隔離可以分為兩類：一類是有隔離的稱為隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器;另一類是沒有隔離的稱為非隔離 式DC/DC轉(zhuǎn)換器。

隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器也可以按有源功率器件的個(gè)數(shù)來分類。單管的DC/DC轉(zhuǎn)換器有正激式(Forward)和反激式(Flyback)兩種。雙管DC/DC轉(zhuǎn)換器 有雙管正激式(DoubleTransistor Forward Converter)，雙管反激式(Double Transistor Flyback Converter)、推挽式(Push-Pull Converter) 和半橋式(Half-Bridge Converter)四種。四管DC/DC轉(zhuǎn)換器就是全橋DC/DC轉(zhuǎn)換器(Full-Bridge Converter)。

非隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器，按有源功率器件的個(gè)數(shù)，可以分為單管、雙管和四管三類。單管DC/DC轉(zhuǎn)換器共有六種，即降壓式(Buck)DC/DC轉(zhuǎn)換器 ，升壓式(Boost)DC/DC轉(zhuǎn)換器、升壓降壓式(Buck Boost)DC/DC轉(zhuǎn)換器、Cuk DC/DC轉(zhuǎn)換器、Zeta DC/DC轉(zhuǎn)換器和SEPIC DC/DC轉(zhuǎn)換器。在這六種 單管DC/DC轉(zhuǎn)換器中，Buck和Boost式DC/DC轉(zhuǎn)換器是基本的，Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC轉(zhuǎn)換器是從中派生出來的。雙管DC/DC轉(zhuǎn)換 器有雙管串接的升壓式(Buck-Boost)DC/DC轉(zhuǎn)換器。四管DC/DC轉(zhuǎn)換器常用的是全橋DC/DC轉(zhuǎn)換器(Full-Bridge Converter)。

隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器在實(shí)現(xiàn)輸出與輸入電氣隔離時(shí)，通常采用變壓器來實(shí)現(xiàn)，由于變壓器具有變壓的功能，所以有利于擴(kuò)大轉(zhuǎn)換器的輸出應(yīng)用 范圍，也便于實(shí)現(xiàn)不同電壓的多路輸出，或相同電壓的多種輸出。

在功率開關(guān)管的電壓和電流定額相同時(shí)，轉(zhuǎn)換器的輸出功率通常與所用開關(guān)管的數(shù)量成正比。所以開關(guān)管數(shù)越多，DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出功率越大，四管式比兩管式輸出功率大一倍，單管式輸出功率只有四管式的1/4。

非隔離式轉(zhuǎn)換器與隔離式轉(zhuǎn)換器的組合，可以得到單個(gè)轉(zhuǎn)換器所不具備的一些特性。