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開關電源不同于線性電源,開關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,這兩個模式都有低耗散的特點,切換之間的轉換會有較高的耗散,但時間很短,因此比較節(jié)省能源,產生廢熱較少。理想上,開關電源本身是不會消耗電能的。電壓穩(wěn)壓是通過調整晶體管導通及斷路的時間來達到。相反的,線性電源在產生輸出電壓的過程中,晶體管工作在放大區(qū),本身也會消耗電能。開關電源的高轉換效率是其一大優(yōu)點,而且因為開關電源工作頻率高,可以使用小尺寸、輕重量的變壓器,因此開關電源也會比線性電源的尺寸要小,重量也會比較輕。
若電源的高效率、體積及重量是考慮重點時,開關電源比線性電源要好。不過開關電源比較復雜,內部晶體管會頻繁切換,若切換電流尚未加以處理,可能會產生噪聲及電磁干擾影響其他設備,而且若開關電源沒有特別設計,其電源功率因數(shù)可能不高。
開關電源的工作頻率通常是幾十kHz到幾百kHz之間。這個頻率范圍被廣泛使用,其中的選擇主要取決于應用需求、成本、效率和器件技術等因素。
高頻率:使用高頻率有助于減小開關電路中的電感元件和濾波電容的尺寸,從而降低整個開關電源的體積和重量。
低頻率:較低的頻率可以減小開關電源的開關損耗和開關噪聲,并且對于一些對電磁干擾敏感的應用來說,低頻率對電磁兼容性更有利。
在實際應用中,選取開關電源的工作頻率要綜合考慮多個因素,如輸出功率要求、效率、EMI(電磁干擾)要求、成本和設計可行性等。不同的應用領域和規(guī)??赡苡胁煌男枨蠛涂紤]。
開關電源大致由主電路、控制電路、檢測電路、輔助電源四大部分組成。
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(wǎng)存在的雜波及阻礙本機產生的雜波反饋回電網(wǎng)。
整流與濾波:將電網(wǎng)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(jù)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(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù),經(jīng)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(jù)。
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。
開關電源工作原理:開關電源的工作原理是通過快速開關電路中的開關元件(通常是晶體管或MOSFET)來控制電流流向,從而實現(xiàn)電能的轉換。這種開關操作以高頻率進行,允許使用較小的電感和電容來實現(xiàn)電源的穩(wěn)定性和效率。
開關電源整流與濾波:開關電源一般包含整流電路,用于將輸入的交流電轉換為直流電。然后,通過濾波電路去除直流中的脈動,使輸出電壓更加穩(wěn)定。濾波通常包括電感和電容,它們協(xié)同工作以平滑輸出電壓。
開關電源PWM調制:脈寬調制(PWM)是開關電源中常用的控制技術。通過調整開關元件的導通時間,可以調整輸出電壓。PWM調制使得電源能夠迅速響應負載變化,并保持穩(wěn)定的輸出電壓。
開關電源保護和調節(jié):開關電源通常配備各種保護功能,例如過載保護、過壓保護和短路保護,以確保電源和連接設備的安全。此外,一些開關電源還具有調節(jié)功能,可以在不同的負載條件下自動調整輸出電壓和電流。
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