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开关电源是什么?开关电源的定义和工作原理详解
发表日期:2019-06-21 08:28| 来源 :本站原创 | 点击数:
本文摘要:开关电源是什么?开关电源的定义和工作道理详解 开关电源是操纵现代电力电子手艺,节制开关管开通和关断的时间比率,维持不变输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)节制IC和MOSFET形成。跟着电力电子手艺的成长和立异,使得开关电源手艺也

  开关电源是什么?开关电源的定义和工作道理详解

  开关电源是操纵现代电力电子手艺,节制开关管开通和关断的时间比率,维持不变输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)节制IC和MOSFET形成。跟着电力电子手艺的成长和立异,使得开关电源手艺也在不竭地立异。目前,开关电源以小型、轻量和高效率的特点被普遍使用几乎所有的电子设备,是当今电子消息财产飞速成长不成贫乏的一种电源体例。

  PC电源知几多

  小我PC所采用的电源都是基于一种名为“开关模式”的手艺,所以我们经常会将小我PC电源称之为开关电源(Switching Mode Power Supplies,简称SMPS),它还有一个绰号DC-DC转化器。本次文章我们将会为您解读开关电源的工作模式和道理、开关电源内部的元器件的引见以及这些元器件的功能。

  ●线性电源知几多

  目上次要包罗两种电源类型:线性电源(linear)和开关电源(switching)。线性电源的工作道理是起首将127 V或者220 V市电通过变压器转为低压电,好比说12V,并且颠末转换后的低压仍然是AC交换电;然后再通过一系列的二极管进行矫正和整流,并将低压AC交换电转化为脉动电压(配图1和2中的“3”);下一步需要对脉动电压进行滤波,通过电容完成,然后将颠末滤波后的低压交换电转换成DC直流电(配图1和2中的“4”);此时获得的低压直流电仍然不敷纯净,会有必然的波动(这种电压波动就是我们常说的纹波),所以还需要稳压二极管或者电压整流电路进行矫正。最初,我们就能够获得纯净的低压DC直流电输出了(配图1和2中的“5”)

  配图1:尺度的线性电源设想图

  配图2:线性电源的波形

  虽然说线性电源很是适合为低功耗设备供电,好比说无绳德律风、PlayStaTIon/Wii/Xbox等游戏主机等等,可是对于高功耗设备而言,线性电源将会力有未逮。

  对于线性电源而言,其内部电容以及变压器的大小和AC市电的频次成反比:也即说若是输入市电的频次越低时,线性电源就需要越大的电容和变压器,反之亦然。因为当前不断采用的是60Hz(有些国度是50Hz)频次的AC市电,这是一个相对较低的频次,所以其变压器以及电容的个头往往都相对比力大。此外,AC市电的浪涌越大,线性电源的变压器的个头就越大。

  由此可见,对于小我PC范畴而言,制造一台线性电源将会是一件疯狂的行为,由于它的体积将会很是大、分量也会很是的重。所以说小我PC用户并不适合用线性电源。

  ●开关电源知几多

  开关电源能够通过高频开关模式很好的处理这一问题。对于高频开关电源而言,AC输入电压能够在进入变压器之前升压(升压前一般是50-60 KHz)。跟着输入电压的升高,变压器以及电容等元器件的个头就不消像线性电源那么的大。这种高频开关电源恰是我们的小我PC以及像VCR录像机如许的设备所需要的。需要申明的是,我们经常所说的“开关电源”其实是“高频开关电源”的缩写形式,和电源本身的封闭和开启式没有任何干系的。

  现实上,终端用户的PC的电源采用的是一种更为优化的方案:闭回路系统(closed loop system)担任节制开关管的电路,从电源的输出获得反馈信号,然后按照PC的功耗来添加或者降低某一周期内的电压的频次以便可以或许顺应电源的变压器(这个方式称作PWM,Pulse Width ModulaTIon,脉冲宽度调制)。所以说,开关电源能够按照与之相连的耗电设备的功耗的大小来自我调整,从而能够让变压器以及其他的元器件带走更少量的能量,并且降低发烧量。

  反观线性电源,它的设想理念就是功率至上,即便负载电路并不需要很大电流。如许做的后果就是所有元件即便非需要的时候也工作在满负荷下,成果发生高良多的热量。

  看图措辞:图解开关电源

  下图3和4描述的是开关电源的PWM反馈机制。图3描述的是没有PFC(Power Factor CorrecTIon,功率要素校正) 电路的廉价电源,图4描述的是采用自动式PFC设想的中高端电源。

  图3:没有PFC电路的电源

  图4:有PFC电路的电源

  通过图3和图4的对比我们能够看出两者的分歧之处:一个具备自动式PFC电路而另一个不具备,前者没有110/220 V转换器,并且也没有电压倍压电路。下文我们的重点将会是自动式PFC电源的讲解。

  为了让读者可以或许更好的理解电源的工作道理,以上我们供给的长短常根基的图解,图中并未包含其他额外的电路,好比说短路庇护、待机电路以及PG信号发生器等等。当然了,若是您还想领会一下愈加详尽的图解,请看图5。若是看不懂也不妨,由于这张图本来就是为那些专业电源设想人员看的。

  图5:典型的低端ATX电源设想图

  你可能会问,图5设想图中为什么没有电压整流电路?现实上,PWM电路曾经肩负起了电压整流的工作。输入电压在颠末开关管之前将会再次校正,并且进入变压器的电压曾经成为方形波。所以,变压器输出的波形也是方形波,而不是正弦波。因为此时波形曾经是方形波,所以电压能够垂手可得的被变压器转换为DC直流电压。也就是说,当电压被变压器从头校正之后,输出电压曾经变成了DC直流电压。这就是为什么良多时候开关电源经常会被称之为DC-DC转换器。

  馈送PWM节制电路的回路担任所有需要的调理功能。若是输出电压错误时,PWM节制电路就会改变工作周期的节制信号以顺应变压器,最终将输出电压校正过来。这种环境经常会发生在PC功耗升高的时,此时输出电压趋于下降,或者PC功耗下降的时,此时输出电压趋于上升。

  在看下一页是,我们有需要领会一下以下消息:

  ★在变压器之前的所有电路及模块称为“primary”(一次侧),在变压器之后的所有电路及模块称为“secondary”(二次侧);

  ★采用自动式PFC设想的电源不具备110 V/ 220 V转换器,同时也没有电压倍压器;

  ★对于没有PFC电路的电源而言,若是110 V / 220 V被设定为110 V时,电流在进入整流桥之前,电源本身将会操纵电压倍压器将110 V提拔至220 V摆布;

  ★PC电源上的开关管由一对功率MOSFET管形成,当然也有其他的组合体例,之后我们将会详解;

  ★变压器所需波形为方形波,所以通过变压器后的电压波形都是方形波,而非正弦波;

  ★PWM节制电流往往都是集成电路,凡是是通过一个小的变压器与一次侧隔离,而有时候也可能是通过耦合芯片(一种很小的带有LED和光电晶体管的IC芯片)和一次侧隔离;

  ★PWM节制电路是按照电源的输出负载环境来节制电源的开关管的闭合的。若是输出电压过高或者过低时,PWM节制电路将会改变电压的波形以顺应开关管,从而达到校★正输出电压的目标;

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