開關(guān)電源和線性電源的原理以及應(yīng)用背景

下面小編為大家整理了開關(guān)電源和線性電源的原理以及應(yīng)用背景，請需要的小伙伴惠存!

一、線性電源的原理

線性電源主要包括工頻變壓器、輸出整流濾波器、控制電路、保護(hù)電路等。

線性電源是先將交流電經(jīng)過變壓器變壓，再經(jīng)過整流電路整流濾波得到未穩(wěn)定的直流電壓，要達(dá)到高精度的直流電壓，必須經(jīng)過電壓反饋調(diào)整輸出電壓，這種電源技術(shù)很成熟，可以達(dá)到很高的穩(wěn)定度，紋波也很小，而且沒有開關(guān)電源具有的干擾與噪音。

它的缺點是需要龐大而笨重的變壓器，所需的濾波電容的體積和重量也相當(dāng)大，而且電壓反饋電路是工作在線性狀態(tài)，調(diào)整管上有一定的電壓降，在輸出較大工作電流時，致使調(diào)整管的功耗太大，轉(zhuǎn)換效率低，還要安裝很大的散熱片。這種電源不適合計算機等設(shè)備的需要，將逐步被開關(guān)電源所取代。

二、開關(guān)電源的原理：

開關(guān)電源主要包括輸入電網(wǎng)濾波器、輸入整流濾波器、逆變器、輸出整流濾波器、控制電路、保護(hù)電路等。

開關(guān)電源是將交流電先整流成直流電，再將直流逆變成交流電，在整流輸出成所需要的直流電壓。這樣開關(guān)電源省去下線性電源中的變壓器，以及電壓反饋電路。而開關(guān)電源中的逆變電路完全是數(shù)字調(diào)整，同樣能達(dá)到非常高的調(diào)整精度。

開關(guān)電源的主要優(yōu)點：體積小、重量輕(體積和重量只有線性電源的20～30%)、效率高(一般為60～70%，而線性電源只有30～40%)、自身抗干擾性強、輸出電壓范圍寬、模塊化。

開關(guān)電源的主要缺點：由于逆變電路中會產(chǎn)生高頻電壓，對周圍設(shè)備有一定的干擾。需要良好的屏蔽及接地。交流電經(jīng)過整流，可以得到直流電。但是，由于交流電壓及負(fù)載電流的變化，整流后得到的直流電壓通常會造成20%到40%的電壓變化。為了得到穩(wěn)定的直流電壓，必須采用穩(wěn)壓電路來實現(xiàn)穩(wěn)壓。按照實現(xiàn)方法的不同，穩(wěn)壓電源可分為三種：線性穩(wěn)壓電源、相控穩(wěn)壓電源、開關(guān)穩(wěn)壓電源。其中開關(guān)電源代表低碳環(huán)保和先進(jìn)電源的發(fā)展趨勢。

常用的低壓直流開關(guān)電源就是將220V交流電經(jīng)過EMI濾波器后直接整流成300V左右的直流電，通過電路控制開關(guān)管進(jìn)行高速的導(dǎo)通與截止再轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給變壓器進(jìn)行變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓，而后再整流成所需要電壓的直流電。轉(zhuǎn)化為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比50Hz高很多，所以主變壓器可以做的很小，且使用磁芯,它工作時也不是很熱;另外，在高頻下，貯存能量和濾波電容和電感要比50Hz 下小很多，成本很低。如果不將50Hz 變?yōu)楦哳l那開關(guān)電源就沒有意義!開關(guān)變壓器也不神秘，就是一個普通的磁芯變壓器!這就是開關(guān)電源。開關(guān)電源，是通過電子技術(shù)實現(xiàn)的，主要環(huán)節(jié)：整流成直流電——逆變成所需電壓的交流電(主要來調(diào)整電壓)——再經(jīng)過整流成直流電壓輸出。

1.交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流;

2.通過高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)或者脈沖頻率調(diào)制(PFM)控制開關(guān)管，將那個直流加到開關(guān)變壓器初級上;

3.開關(guān)變壓器次級感應(yīng)出高頻電壓,經(jīng)整流濾波供給負(fù)載;

4.輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路,控制PWM占空比,以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的.

交流電源輸入時一般要經(jīng)過電感電容濾波器一類的東西，過濾掉電網(wǎng)上的干擾，同時也過濾掉電源對電網(wǎng)的干擾;在功率相同時，開關(guān)頻率越高，開關(guān)變壓器的體積就越小，但對開關(guān)管的要求就越高;開關(guān)變壓器的次級可以有多個繞組或一個繞組有多個抽頭，以得到需要的輸出;一般還應(yīng)該增加一些保護(hù)電路，比如空載、短路等保護(hù), 否則可能會燒毀開關(guān)電源。

三、應(yīng)用場景

其實現(xiàn)在已經(jīng)有了集成度非常高的專用芯片，可以使外圍電路非常簡單，甚至做到免調(diào)試。例如TOP系列的開關(guān)電源芯片(或稱模塊)，只要配合一些阻容元件，和一個開關(guān)變壓器，就可以做成一個基本的開關(guān)電源。

開關(guān)電源&線性電源

普通半橋開關(guān)電源的主要工作原理就是上橋和下橋的開關(guān)管(頻率高時開關(guān)管為VMOS)輪流導(dǎo)通，首先電流通過上橋開關(guān)管流入，利用電感線圈的存儲功能，將電能集聚在線圈中，最后關(guān)閉上橋開關(guān)管，打開下橋的開關(guān)管，電感線圈和電容持續(xù)給外部供電。然后又關(guān)閉下橋開關(guān)管，再打開上橋讓電流進(jìn)入，就這樣重復(fù)進(jìn)行，因為要輪流開關(guān)兩開關(guān)管，所以稱為開關(guān)電源。而線性電源就不一樣了，由于沒有開關(guān)介入，使得上水管一直在放水，如果有多的，就會漏出來，這就是我們經(jīng)?？吹降哪承┚€性電源的調(diào)整管發(fā)熱量很大，用不完的電能，全部轉(zhuǎn)換成了熱能。從這個角度來看，線性電源的轉(zhuǎn)換效率就非常低了，而且熱量高的時候，元件的壽命勢必要下降，影響最終的使用效果 。

開關(guān)電源和線性電源的區(qū)別主要是他們的工作方式。

線性電源的功率調(diào)整管總是工作在放大區(qū)，流過的電流是連續(xù)的。由于調(diào)整管上損耗較大的功率，所以需要較大功率調(diào)整管并裝有體積很大的散熱器，發(fā)熱嚴(yán)重，效率很低。一般在40%~60%，還得說他是很好的線性電源。線性電源的工作方式，使他從高壓變低壓必須有降壓裝置，一般的都是變壓器，也有別的像KX電源，再經(jīng)過整流輸出直流電壓。這樣一來他的體積也就很大，比較笨重，效率低、發(fā)熱量也大。他也有他的優(yōu)點：紋波小，調(diào)整率好，對外干擾小。適合用于模擬電路，各類放大器等。開關(guān)電源。它的功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，在電壓調(diào)整時能量是通過電感線圈來臨時貯存，這樣他的損耗就小，效率也就高，對散熱的要求低，但它對變壓器和貯能電感也有了更高的要求，要用低損耗高磁導(dǎo)率的材料來做。它的變壓器就是一個字小?？傂试? 80%～98%，開關(guān)電源的效率高但體積小，但是和線性電源比他的紋波，電壓電流調(diào)整率就有一定的折扣了 。

業(yè)余電臺等無線電通信專用電源交流電源的特殊要求：

1、電臺使用比較規(guī)范的室外天饋系統(tǒng)，同軸電纜屏蔽層不參與無線電收發(fā)時主要考慮電源的ESD和電源穩(wěn)壓部分的抗干擾能力。原因是發(fā)射時電源負(fù)載阻抗瞬時變化很大，如果處理不當(dāng)會造成穩(wěn)壓系統(tǒng)取樣和執(zhí)行紊亂，因此須在穩(wěn)壓系統(tǒng)取樣與輸出間加裝低通濾波器。

2、電臺使用很隨意的室外天饋系統(tǒng)，同軸電纜屏蔽層參與無線電收發(fā)。此時此刻還需要在220V輸入端加裝低通濾波器抑制干擾。

3、使用昂貴的電臺，因維修費用高，須加裝并聯(lián)型限壓電路以確保在任何時候電臺得到的電壓不超過額定電壓25%。