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开关电源的优势、组成和未来的发展趋势

来源:电子工程网   2019/1/21 11:37:08
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开关模式电源又称交换式电源、开关变换器,是一种高频化电能转换装置,是电源供应器的一种。其功能是将一个位准的电压,透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。



开关电源的优势


开关电源的输入多半是交流电源(例如市电)或是直流电源,而输出多半是需要直流电源的设备,例如个人电脑,而开关电源就进行两者之间电压及电流的转换。


开关电源不同于线性电源,开关电源利用的切换晶体管多半是在全开模式(饱和区)及全闭模式(截止区)之间切换,这两个模式都有低耗散的特点,切换之间的转换会有较高的耗散,但时间很短,因此比较节省能源,产生废热较少。理想上,开关电源本身是不会消耗电能的。电压稳压是透过调整晶体管导通及断路的时间来达到。相反的,线性电源在产生输出电压的过程中,晶体管工作在放大区,本身也会消耗电能。


开关电源的高转换效率是其一大优点,而且因为开关电源工作频率高,可以使用小尺寸、轻重量的变压器,因此开关电源也会比线性电源的尺寸要小,重量也会比较轻。


若电源的高效率、体积及重量是考虑重点时,开关电源比线性电源要好。不过开关电源比较复杂,内部晶体管会频繁切换,若切换电流尚加以处理,可能会产生噪声及电磁干扰影响其他设备,而且若开关电源没有特别设计,其电源功率因数可能不高。


开关电源的组成部分


开关电源大致由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源四大部份组成。


1、主电路


冲击电流限幅:限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流。


输入滤波器:其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍本机产生的杂波反馈回电网。


整流与滤波:将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。


逆变:将整流后的直流电变为高频交流电,这是高频开关电源的核心部分。


输出整流与滤波:根据负载需要,提供稳定可靠的直流电源。


2、控制电路


一方面从输出端取样,与设定值进行比较,然后去控制逆变器,改变其脉宽或脉频,使输出稳定,另一方面,根据测试电路提供的数据,经保护电路鉴别,提供控制电路对电源进行各种保护措施。


3、检测电路


提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。


4、辅助电源


实现电源的软件(远程)启动,为保护电路和控制电路(PWM等芯片)工作供电。


目前工程师在开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件,边开发开关变频技术,两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。开关电源可分为AC/DCDC/DC两大类。


开关电源正在走向大众化,微型化。开关电源将逐步取代变压器在生活中的所有应用,低功率微型开关电源的应用要首先体现在,数显表、智能电表、手机充电器等方面。现阶段国家在大力推广智能电网建设,对电能表的要求大幅提高,开关电源将逐步取代变压器在电能表上面的应用。

 





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