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開關電源的工作原理及發展前景

編輯:安徽公牛開關電源有限公司   時間:2014/06/23   字號:
摘要:開關電源的工作原理及發展前景

   開關電源是相對線性電源說的,它是利用現代化電力電子技術,控制開關晶體管開通和關斷的時間比率,維持穩定輸出電壓的一種電源。開關電源是輸入端直接將交流電整流變成直流電,在高頻震蕩電路的作用下,用開關管控制電流的通斷,形成高頻脈沖電流。在電感(高頻變壓器)的幫助下,輸出穩定的低壓直流電。
    開關電源中的調整管工作在截止區和飽和區。由于變壓器的磁芯大小與他的工作頻率的平方成反比,頻率越高鐵心越小。這樣就可以大大減小變壓器,使電源減輕重量和體積。而且由于它直接控制直流,使這種電源的效率比線性電源高很多。這樣就節省了能源,因此它很受到人們的青睞。
    但是開關電源也有它的缺點,就是電路復雜,維修困難,對電路的污染嚴重。電源噪聲大,不適合用于某些低噪聲電路。
一、開關電源的工作原理
  開關電源是利用通過電路控制開關管進行高速的道通與截止。將直流電轉化為高頻率的交流電提供給變壓器進行變壓,從而產生所需要的一組或多組電壓。轉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。所以開關變壓器可以做的很小,而且工作時不是很熱。成本很低。如果不將50HZ變為高頻那開關電源就沒有意義。開關變壓器就是一個普通的變壓器。
簡單地說,開關電源的工作原理是:
  1.交流電源輸入經整流濾波成直流;
  2.通過高頻PWM(脈沖寬度調制)信號控制開關管,將那個直流加到開關變壓器初級上;
  3.開關變壓器次級感應出高頻電壓,經整流濾波供給負載;
  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,以達到穩定輸出的目的。
  交流電源輸入時一般要經過厄流圈一類的東西,過濾掉電網上的干擾,同時也過濾掉電源對電網的干擾; 在功率相同時,開關頻率越高,開關變壓器的體積就越小,但對開關管的要求就越高; 開關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; 一般還應該增加一些保護電路,比如空載、短路等保護,否則可能會燒毀開關電源。
  以上說的就是開關電源的大致工作原理。其實現在已經有了集成度非常高的專用芯片,可以使外圍電路非常簡單,甚至做到免調試。

二、開關電源技術的發展方向
  開關電源的發展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關電源輕、小、薄的關鍵技術是高頻化,因此國外各大開關電源制造商都致力于同步開發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(MnZn)材料上加大科技創新,以提高在高頻率和較大磁通密度(Bs)下獲得高的磁性能,而電容器的小型化也是一項關鍵技術。
  高頻化使開關電源小型化,并使開關電源進入更廣泛的應用領域,特別是在高新技術領域的應用,推動了高新技術產品的小型化、輕便化。另外開關電源的發展與應用在節約能源、節約資源及保護環境方面都具有重要的意義。
  SMT技術的應用使得開關電源取得了長足的進展,在電路板兩面布置元器件,以確保開關電源的輕、小、薄。開關電源的高頻化就必然對傳統的PWM開關技術進行創新,實現ZVS、ZCS的軟開關技術已成為開關電源的主流技術,并大幅提高了開關電源的工作效率。
  模塊化是開關電源發展的總體趨勢,可以采用模塊化電源組成分布式電源系統,可以設計成N+1冗余電源系統,并實現并聯方式的容量擴展。針對開關電源運行噪聲大這一缺點,若單獨追求高頻化其噪聲也必將隨著增大,而采用部分諧振轉換電路技術,在理論上即可實現高頻化又可降低噪聲,但部分諧振轉換技術的實際應用仍存在著技術問題,故仍需在這一領域開展大量的工作,以使得該項技術得以實用化。
    電力電子技術的不斷創新,使開關電源產業有著廣闊的發展前景。要加快我國開關電源產業的發展速度,就必須走技術創新之路,走出有中國特色的產學研聯合發展之路,為我國國民經濟的高速發展做出貢獻。

 

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