開關(guān)電源的原理和用途
發(fā)布時(shí)間:2019-06-21 責(zé)任編輯:xueqi
【導(dǎo)讀】開關(guān)變換器又稱交換式電源、開關(guān)變換器,是一種高頻化電能轉(zhuǎn)換裝置,是電源供應(yīng)器的一種。其功能是將一個(gè)位準(zhǔn)的電壓,透過不同形式的架構(gòu)轉(zhuǎn)換為用戶端所需求的電壓或電流。
開關(guān)電源的輸入多半是交流電源或是直流電源,而輸出多半是需要直流電源的設(shè)備,例如個(gè)人電腦,而開關(guān)電源就進(jìn)行兩者之間電壓及電流的轉(zhuǎn)換。
開關(guān)電源產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、LED照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體制冷制熱、空氣凈化器,電子冰箱,液晶顯示器,LED燈具,通訊設(shè)備,視聽產(chǎn)品,安防監(jiān)控,LED燈帶,電腦機(jī)箱,數(shù)碼產(chǎn)品和儀器類等領(lǐng)域。
開關(guān)電源的工作原理
開關(guān)電源的工作過程相當(dāng)容易理解,在線性電源中,讓功率晶體管工作在線性模式,與線性電源不同的是,PWM開關(guān)電源是讓功率晶體管工作在導(dǎo)通和關(guān)斷的狀態(tài),在這兩種狀態(tài)中,加在功率晶體管上的伏-安乘積是很小的(在導(dǎo)通時(shí),電壓低,電流大;關(guān)斷時(shí),電壓高,電流?。β势骷系姆渤朔e就是功率半導(dǎo)體器件上所產(chǎn)生的損耗??刂破鞯闹饕康氖潜3州敵鲭妷悍€(wěn)定,其工作過程與線性形式的控制器很類似。也就是說控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器,可以設(shè)計(jì)成與線性調(diào)節(jié)器相同。他們的不同之處在于,誤差放大器的輸出在驅(qū)動(dòng)功率管之前要經(jīng)過一個(gè)電壓/脈沖寬度轉(zhuǎn)換單元。開關(guān)電源有兩種主要的工作方式:正激式變換和升壓式變換。盡管它們各部分的布置差別很小,但是工作過程相差很大,在特定的應(yīng)用場(chǎng)合下各有優(yōu)點(diǎn)。
開關(guān)電源的組成
開關(guān)電源由主電路、控制電路、檢測(cè)電路、輔助電源四大部份組成。
1、主電路
沖擊電流限幅:限制接通電源瞬間輸入側(cè)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(jī)產(chǎn)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(guān)電源的核心部分。
輸出整流與濾波:根據(jù)負(fù)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(shè)定值進(jìn)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(cè)試電路提供的數(shù)據(jù),經(jīng)保護(hù)電路鑒別,提供控制電路對(duì)電源進(jìn)行各種保護(hù)措施。
3、檢測(cè)電路
提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。
4、輔助電源
實(shí)現(xiàn)電源的軟件(遠(yuǎn)程)啟動(dòng),為保護(hù)電路和控制電路(PWM等芯片)工作供電。
開關(guān)電源中應(yīng)用的電力電子器件主要為二極管、IGBT和MOSFET、變壓器。SCR在開關(guān)電源輸入整流電路及軟啟動(dòng)電路中有少量應(yīng)用,GTR驅(qū)動(dòng)困難,開關(guān)頻率低,逐漸被IGBT和MOSFET取代。開關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。
由于開關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化,因此國外各大開關(guān)電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件,特別是改善二次整流器件的損耗,并在功率鐵氧體材料上加大科技創(chuàng)新,以提高在高頻率和較大磁通密度下獲得高的磁性能,而電容器的小型化也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。SMT技術(shù)的應(yīng)用使得開關(guān)電源取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展,在電路板兩面布置元器件,以確保開關(guān)電源的輕、小、薄。
開關(guān)電源的高頻化就必然對(duì)傳統(tǒng)的PWM開關(guān)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)ZVS、ZCS的軟開關(guān)技術(shù)已成為開關(guān)電源的主流技術(shù),并大幅提高了開關(guān)電源的工作效率。對(duì)于高可靠性指標(biāo),美國的開關(guān)電源生產(chǎn)商通過降低運(yùn)行電流,降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力,使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。
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