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一分钟迅速了解开关电源

2019-01-29

现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子方向转变。而在电力电子技术的应用及各种电源系统中,开关电源技术均处于核心地位。


  从1955年美国罗耶(GH.Roger)发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器,是实现高频转换控制电路的开端,到现今开关电源技术成为电子信息产业飞速发展中不可缺少的电源方式。


  开关电源技术凭什么成为现代电力电子技术最核心地位?它的成功仅仅依靠是它偏小型化便于与电子设备安装吗?


  什么是开关电源


  小型开关电源是开关稳压电源的简称,一般指输入为交流电压、输出为直流电压的AC(交流电)-DC(直流电)交换器。开关电源内部的功率开关管工作在高频开关状态,本身消耗的能量很低,电源效率可达75%~90%,比普通线性稳压电源提高一倍。


  开关电源和线性电源有什么区别?


  简单来说,线性电源的调压可以看成调阻值,相当于通过调节滑动变阻器使电压发生改变,而开关电源是通过调节开关的频率使得电压发生变化。同时,开关电源与线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增加而增长,只是二者增长速率各异。


  线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于开关电源。


  因此,随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术不断突破与创新,这一个成本问题,反而让开关电源技术向低输出电力端移动,为开关电源提供了广泛的发展空间。


  开关电源的工作原理


  开关电源是利用现代电力技术,控制开关晶体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由脉冲宽度调制(PWM)控制(金氧半场效晶体管)构成。


  开关电源是由主电路、控制电路、检测电路、辅助电路四大部分组成。开关电源,顾名思义,相当于这里有一扇门,一扇门让电流通过,另一扇门让电流停止通过。那么什么是门?


  XED-15A12VWT内部结构图


  小型开关电源有的采用可控硅,有的采用开关管,这些都是依靠基极、(开关管)控制极(可控硅)上加上脉冲信号来完成导通和截止,使得电子开关器不断地‘接通’和‘关断’,让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制,从而实现DC/AC、DC/DC电压变换,以及输出电压可调和自动稳压。


  开关电源优点


  电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切,而电子设备都离不开可靠的电源,进入80年代后计算机全面实现开关电源化,到90年代开关电源相继进入各种电子、电器领域。

小型开关电源


  短短的十年之间,开关电源技术迅速占领电力电子设备的核心地位,难道这仅仅是因为开关电源体积小的?


  其实从开关电源的原理图可以了解到:它没有采用笨重的工频变压器,同时因为调整管上的耗散功率大幅度降低,从而省去较大的散热片。这使得开关电源的体积变小,重量轻。但是,开关电源最大优点是——功耗小,效率高。在开关电源电路中,晶体管在激励信号的激励下,它不断重复‘导通’‘截至’的开关状态,转换速度极快,频率在50HZ只有,使得电源效率大大的提高。


  其实,导轨式开关电源稳压范围宽。从开关电源的输出电压是有激励信号的占空比来调节的,输入信号信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿。这样,在工频电网电压变化较大时,它仍能够保证有较稳定的输出电压。

导轨式开关电源

  所以,开关电源技术的快速成为电力电子设备中一份子,不无无道理。


  注意:


  开关电源的工作频率目前基本上是工作在50kHz,是线性稳压电源的1000倍,这使整流后的滤波效率几乎也提高了1000倍;即使采用半波整流后加电容滤波,效率也提高了500倍。在相同的纹波输出电压下,采用开关电源时,滤波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容的1/500~1/1000。


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