什么叫开关电源?
随着电力电子技术的发展和创新 , 使得开关电源技术也在不断地创新 。目前 , 开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备 , 是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式 。
开关电源是利用现代电力电子技术 , 控制开关管开通和关断的时间比率 , 维持稳定输出电压的一种电源 , 开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制 IC 和 MOSFET构成 。
开关电源是相对线性电源说的 , 其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开关电源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 , 就是电路复杂 , 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 。
开关电源的特点
开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制 IC 和 MOSFET 构成 。随着随着电力电子技术的发展和创新 , 目前开关电源主要以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用到几乎所有的电子设备 , 其重要性可见一斑 。
开关电源的分类
根据开关器件在电路中连接的方式 , 开关电源总的来说可分为串联式开关电源、并联式开关电源、变压器式开关电源等三大类 。
其中 , 变压器式开关电源还可以进一步分成:推挽式、半桥式、全桥式等多种 。根据变压器的激励和输出电压的相位 , 又可以分成:正激式、反激式、单激式和双激式等多种 。
开关电源和普通电源的区别
普通的电源一般是线性电源 , 线性电源 , 是指调整管工作在线性状态下的电源 。而在开关电源中则不一样 , 开关管(在开关电源中 , 我们一般把调整管叫做开关管)是工作在开、关两种状态下的:开 —— 电阻很小 , 关 —— 电阻很大 。
开关电源是一种比较新型的电源 。它具有效率高 , 重量轻 , 可升、降压、输出功率大等优点 。但是由于电路工作在开关状态 , 所以噪声比较大 。
举例说明:降压型开关电源
我们来简单的说说降压型开关电源的工作原理:电路由开关(实际电路中为三极管或者场效应管) , 续流二极管、储能电感、滤波电容等构成 。
当开关闭合时 , 电源通过开关、电感给负载供电 , 并将部分电能储存在电感以及电容中 。由于电感的自感 , 在开关接通后 , 电流增大得比较缓慢 , 即输出不能立刻达到电源电压值 。
一定时间后 , 开关断开 , 由于电感的自感作用(可以比较形象的认为电感中的电流有惯性作用) , 将保持电路中的电流不变 , 即从左往右继续流 。这电流流过负载 , 从地线返回 , 流到续流二极管的正极 , 经过二极管 , 返回电感的左端 , 从而形成了一个回路 。
通过控制开关闭合跟断开的时间(即 PWM——脉冲宽度调制) , 就可以控制输出电压 。如果通过检测输出电压来控制开、关的时间 , 以保持输出电压不变 , 这就实现了稳压的目的 。
普通电源和开关电源相同的是都有电压调整管 , 利用反馈原理来进行稳压的 , 不同的是开关电源利用开关管进行调整 , 普通电源一般利用三极管的线性放大区进行调整 。比较而言 , 开关电源的能耗低 , 对交流电压适用范围要宽 , 输出直流的波纹系数要好 , 缺点是开关脉冲干扰 。
普通半桥开关电源的主要工作原理就是上桥和下桥的开关管(频率高时开关管为 VMOS)轮流导通 , 首先电流通过上桥开关管流入 , 利用电感线圈的存储功能 , 将电能集聚在线圈中 , 最后关闭上桥开关管 , 打开下桥的开关管 , 电感线圈和电容持续给外部供电 。然后又关闭下桥开关管 , 再打开上桥让电流进入 , 就这样重复进行 , 因为要轮流开关两开关管 , 所以称为开关电源 。
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