開關(guān)電源(英文:SwitchingPowerSupply�,又稱交換式電源、開�(guān)變換�,是一種高頻化電能�(zhuǎn)換裝�,是電源供應(yīng)器的一�。其功能是將一�(gè)位準(zhǔn)的電�,透過不同形式的架�(gòu)�(zhuǎn)換為用戶端所需求的電壓或電�。開�(guān)電源的輸入多半是交流電源(例如市電)或是直流電源,而輸出多半是需要直流電源的�(shè)備,例如�(gè)人電�,而開�(guān)電源就�(jìn)行兩者之間電壓及電流的轉(zhuǎn)��
開關(guān)電源不同于線性電�,開�(guān)電源利用的切換晶體管多半是在全開模式(飽和區(qū))及全閉模式(截止區(qū))之間切�,這兩�(gè)模式都有低耗散的特�(diǎn),切換之間的�(zhuǎn)換會(huì)有較高的耗散,但�(shí)間很�,因此比較節(jié)省能�,產(chǎn)生廢熱較�。理想上,開�(guān)電源本身是不�(huì)消耗電能的。電壓穩(wěn)壓是透過�(diào)整晶體管�(dǎo)通及斷路的時(shí)間來�(dá)到。相反的,線性電源在�(chǎn)生輸出電壓的過程�,晶體管工作在放大區(qū),本身也�(huì)消耗電�。開�(guān)電源的高�(zhuǎn)換效率是其一大優(yōu)�(diǎn),而且�?yàn)殚_�(guān)電源工作頻率高,可以使用小尺�、輕重量的變壓器,因此開�(guān)電源也會(huì)比線性電源的尺寸要小,重量也�(huì)比較��
若電源的高效�、體積及重量是考慮重點(diǎn)�(shí),開�(guān)電源比線性電源要�。不過開�(guān)電源比較�(fù)�,內(nèi)部晶體管�(huì)頻繁切換,若切換電流尚加以處�,可能會(huì)�(chǎn)生噪聲及電磁干擾影響其他�(shè)�,而且若開�(guān)電源沒有特別�(shè)�(jì),其電源功率因數(shù)可能不高�
可以把穩(wěn)壓電源想象成為如下的一種情形:�(dāng)試圖從一�(gè)直徑較大的自來水管中取出連續(xù)不斷的且較小的水流時(shí),可以采用兩種策略:一種是使用一�(gè)�(zhuǎn)接閥門,并將閥門開啟在較小位�,這就是線性電源的工作原理。(可以將閥門看作晶體管)線性電源的電壓�(diào)整晶體管上承受著很大的“壓力”(具體的表�(xiàn)是轉(zhuǎn)換為熱能的形式散耗);或者,可以改�(jìn)一�,讓大水管的水流到一�(gè)比較大的“水桶”里,小水管連接到這�(gè)水桶上取�,接著,需要做的就是斷�(xù)的打�/�(guān)閉大水管上的閥門,保證水桶內(nèi)的水既不�(huì)完全沒有,也不會(huì)�?yàn)樘喽绯觥_�(guān)電源的基本原理就是如��
與傳�(tǒng)的線性電源相比,開關(guān)電源的優(yōu)�(shì)在于效率高(此處的效率可以簡單的看作輸入功率與輸出功率之比),加之開�(guān)晶體管工作于開關(guān)狀�(tài),損耗較�,發(fā)熱較�,不需要體�/重量非常大的散熱�,因此體積較�、重量較�。但開關(guān)電源工作�(shí),由于頻率較�,會(huì)�(duì)電網(wǎng)及周圍設(shè)備造成干擾,因�,必須妥善的處理此問題�
線性電源的�(yōu)�(shì)在于�(jié)�(gòu)相對(duì)簡單,可靠性相�(duì)較高,電流紋波率可以很容易的做到比較�,維修也較為方便�
�(shí)際上,現(xiàn)代的電路�,開�(guān)電源電路和線性電源電路在大多�(shù)情況�,是組合使用的——使用開�(guān)電源�(jìn)行初步的變換,給紋波、精度要求不高的電路使用;同�(shí),使用低壓差�(wěn)壓器(LDO)獲取精密的、低紋波(噪聲)的電壓供諸如�(yùn)算放大器(OP-AMP),模數(shù)�(zhuǎn)換器(A/DConverter)使用�
開關(guān)電源的拓?fù)渲搁_�(guān)電源電路的構(gòu)成形�。一般是根據(jù)輸出地線與輸入地線有無電氣隔�,分為隔離及非隔離變換器。非隔離即輸入端與輸出端相�,沒有隔離措施,常見的DC/DC變換器大多是這種類型。所謂隔離是指輸入端與輸出端在電路上不是直接�(lián)通的,使用隔離變壓器通過電磁變換方式�(jìn)行能量傳�,輸入端和輸出端之間是完全電氣隔離的。通常來說,為了保�(hù)使用者的人身安全,使用主要供�(市電)或輸入電壓高于安全電壓(目前公認(rèn)�36伏特)的開關(guān)電源必須是隔離式�
非隔離型�?fù)?BR> 非隔離式變換器是最為簡單的交換式電源結(jié)�(gòu),它們的電源變換方式為“直�-直流”變換。根�(jù)電壓變換類型,分為三種基本類型:升壓斬波器(BoostChopper,又稱Boost變換器,BoostConverter�、降壓斬波器(BuckChopper,又稱Buck變換�,BuckConverter)以及降�-升壓斬波器(Buck-BoostChopper,又稱Buck-Boost變換�,Buck-BoostConverter�,它們的�(jié)�(gòu)都非常相�,輸�、輸出和地都�(huì)在一�(diǎn)上交�,都使用電感器作能量存儲(chǔ)之用,它們之間的主要區(qū)別在于電感器的連接方式,若電感器放置于電路的輸出端,則為降壓斬波拓?fù)?;電感器放置于電路的輸入端,則是升壓斬波�?fù)?�?dāng)電感器連接到地�(shí),就是降�-升壓斬波�?fù)?。由于結(jié)�(gòu)的相似�,因此往往簡單改變這些電路�?fù)渲幸恍┰骷倪B接或是改變輸入極�,可成為另一種變換器�?fù)?,比如一�(gè)12V輸入�5V輸出的降壓斬波器可以將原輸出接地并從接地端引出新的輸出端獲得一�(gè)7V輸入�-5V輸出的降�-升壓斬波器�
由降�-升壓斬波電路,還衍生出升降壓斬波電路、Cuk、SEPIC以及ZETA等多種非隔離型直�-直流變換電路,SEPIC變換器和ZETA變換器都�?uk變換器的小幅重排�。實(shí)際使用中根據(jù)�(fù)載需�,基本升壓斬波電路以及基本降壓斬波電路的組合,可�(gòu)成復(fù)合斬波器。對(duì)�(jié)�(gòu)相同的基本斬波電路,可構(gòu)成多相多�?cái)夭ㄆ?,以滿足�(fù)載對(duì)電源更高的穩(wěn)定性和效能。近年來還出�(xiàn)一種只利用電容器作�(chǔ)能元件的電荷泵變換器電路。另有中性點(diǎn)�?fù)浣Y(jié)�(gòu)用于電源供應(yīng)器以及有源濾波器��
在脈沖占空比極短�(shí),開�(guān)器件的效率會(huì)下降。如果需要更高數(shù)值的電壓變換,那樣就需要用到帶變壓器的隔離型拓?fù)淞恕?BR> 隔離型拓?fù)?BR> 所有的隔離式拓?fù)涠及粋€(gè)變壓�,通過�(diào)整變壓器的匝�(shù)比可獲得更高或更低或是負(fù)電位的輸出電�。在一些拓?fù)浣Y(jié)�(gòu)里,可在變壓器上繞上多重繞組以便輸出多種電壓�。一些變換器還會(huì)利用變壓器充�(dāng)�(chǔ)能器�,而其它的變換器仍需要獨(dú)立的電感�。它們的電源變換方式均為“直�-交流-直流”變��
�(zhǔn)諧振零電�/零電壓開�(guān)
在準(zhǔn)諧振零電�/零電壓開�(guān)將電能拆分為一定大小的“封包”形式輸�,開�(guān)的開通和�(guān)斷發(fā)生在零電流點(diǎn)和零電壓�(diǎn),而形成一�(gè)無損耗開�(guān)。準(zhǔn)諧振開關(guān),也稱作“谷值開�(guān)�,可從以下兩方面降低電磁干擾�
�(dāng)電壓值降到值(于谷值時(shí))使雙極型開�(guān)器件開關(guān)�(dòng)作以將硬開關(guān)效應(yīng)�(chǎn)生的電磁干擾降到�
�(dāng)檢測(cè)到谷值時(shí),使開關(guān)�(dòng)作,而非是通過固定的周�/頻率觸發(fā)開關(guān)器件,引入了將射頻發(fā)射頻譜分離的自然頻率抖動(dòng)來降低整體的電磁輻射�
更高的輸入電壓以及同步整流模式使得交換式電源的電能轉(zhuǎn)換過程的效率更高,即使電源控制器的電能消耗也被計(jì)�。更高的開關(guān)頻率使得一些電源組件的體積得以減小,如變壓�,但是高頻率的開�(guān)�(dòng)作會(huì)�(chǎn)生大量的電磁干擾。諧振式順向變換器產(chǎn)生的電磁干擾是所有類型的交換式電源中最小的,這是�?yàn)樗褂昧塑涢_�(guān)技�(shù),將電壓、電流的突波降到,相�(duì)于傳�(tǒng)的會(huì)�(chǎn)生很大的電壓、電流突波的硬開�(guān)來說�
控制模式是指�(wěn)定電壓輸出的方法。從采樣量上可分為電流模式和電壓模式�
電壓模式:采樣輸出電壓而�(jìn)行負(fù)反饋的控制模式�
電流模式:采樣輸入電流和輸出電壓而�(jìn)行負(fù)反饋的控制模��
雙電壓模式:采樣輸出電壓和輸入電壓�(jìn)行負(fù)反饋的控制模式�
從轉(zhuǎn)移函�(shù)�,可分為PID和Bang-Bang控制�
PID控制:采用鋸齒波�(chǎn)生器和補(bǔ)償網(wǎng)�(luò)�(gòu)建的一階或二階PID控制系統(tǒng)�
Bang-Bang控制:只采用比較器構(gòu)建的遲滯控制系統(tǒng)。又稱為遲滯模式�
維庫電子�,電子知�(shí),一查百��
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