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開關(guān)電源：開關(guān)電源詳細(xì)介紹
2021-01-22 15:19
開關(guān)電源是什么？
開關(guān)模式電源（Switch Mode Power Supply，簡稱SMPS），又稱交換式電源、開關(guān)變換器，是一種高頻化電能轉(zhuǎn)換裝置，是電源供應(yīng)器的一種。
開關(guān)電源作用：
是將一個(gè)位準(zhǔn)的電壓，透過不同形式的架構(gòu)轉(zhuǎn)換為用戶端所需求的電壓或電流。開關(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設(shè)備，例如個(gè)人電腦，而開關(guān)電源就進(jìn)行兩者之間電壓及電流的轉(zhuǎn)換。
開關(guān)電源的類型：
1. 按輸入與輸出的類別可以分為：交流轉(zhuǎn)直流開關(guān)電源（AC-DC）、直流轉(zhuǎn)交流逆變器（DC-AC）、直流轉(zhuǎn)直流轉(zhuǎn)換器（DC-DC）
2. 按電路的輸出穩(wěn)壓控制方式分類：
開關(guān)電源可分為脈沖寬度調(diào)制(PWM)式、 脈沖頻率調(diào)制(PFM)式和脈沖調(diào)頻調(diào)寬式三種。
3. 按開關(guān)電源的觸發(fā)方式分類：
1) 自激式開關(guān)電源
自激式開關(guān)電源利用電源電路中的開關(guān)晶體管和高頻脈沖變壓器構(gòu)成正反饋環(huán)路，來完成自激振蕩，使開關(guān)電源輸出直流電壓。在顯示設(shè)備的PWM式開關(guān)電源中，自激振蕩頻率同步于行頻脈沖，即使在行掃描電路發(fā)生故障時(shí)，電源電路仍能維持自激振蕩而有直流輸出電壓。
2) 它激式開關(guān)電源
它激式開關(guān)電源必須有一個(gè)振蕩器，用以產(chǎn)生開關(guān)脈沖來控制開關(guān)管，使開關(guān)電源工作，輸出直流電壓。
開關(guān)電源各種類型
常用開關(guān)電源輸出電壓：5V開關(guān)電源、12v開關(guān)電源、15v開關(guān)電源、24v開關(guān)電源、36v開關(guān)電源、48v開關(guān)電源
開關(guān)電源與傳統(tǒng)電源的區(qū)別：
可以參考這篇文章 什么是開關(guān)式電源、線性電源_開關(guān)電源與傳統(tǒng)的線性電源有什么區(qū)別
開關(guān)電源基本結(jié)構(gòu)：
開關(guān)電源基本結(jié)構(gòu)
1. 主電路
交流電進(jìn)入電源首先經(jīng)過整流和濾波轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏褐绷?電，再經(jīng)過開關(guān)電路和高頻開關(guān)變壓器轉(zhuǎn)為高頻率低壓脈 沖，然后再經(jīng)過整流和濾波電路，最后輸出低電壓的直流電源。
2. 控制和反饋回路
給開關(guān)器件輸入給定開關(guān)信號(hào)，使開關(guān)器件的打開和關(guān) 閉，從而達(dá)到能量傳輸?shù)哪康?。并且根?jù)采樣和反饋回路采 集輸出，形成負(fù)反饋的閉環(huán)回路，達(dá)到使開關(guān)電源穩(wěn)定輸出的目的。
3. 保護(hù)電路
當(dāng)開關(guān)電源工作異常時(shí)，可以限制電流或者關(guān)斷電源 等，以達(dá)到保護(hù)電源負(fù)載的目的。 保護(hù)類型主要包括欠壓電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)以及過電 流保護(hù)和過熱保護(hù)等。
開關(guān)電源的特點(diǎn)：
(1) 效率高
開關(guān)電源的功率開關(guān)調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)整管的功耗小，效率高，一般在80%～90%，高的可達(dá)90%以上。
(2) 重量輕
由于開關(guān)電源省掉了笨重的電源變壓器，節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，從而使其重量只有同容量線性電源的1/5，體積也大大縮小了。
(3) 穩(wěn)壓范圍寬
開關(guān)電源的交流輸入電壓在90~270 V內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的變化在±2%以下。合理設(shè)計(jì)開關(guān)電源電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬，并保證開關(guān)電源的高效率。
(4) 安全可靠
在開關(guān)電源中，由于可以方便地設(shè)置各種形式的保護(hù)電路，因此當(dāng)電源負(fù)載出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)切斷電源，保障其功能可靠。
(5) 功耗小 穩(wěn)定性強(qiáng)
由于開關(guān)電源的工作頻率高，一般在20 kHz以上，因此濾波元件的數(shù)值可以大大減小，從而減小功耗；特別是，由于功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周圍元件不致因長期工作在高溫環(huán)境而損壞，因此采用開關(guān)電源可以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。
開關(guān)電源的主要技術(shù)指標(biāo)：
(1) 輸入電壓變化范圍：當(dāng)穩(wěn)壓電源的輸入電壓發(fā)生變化時(shí)，使輸出電壓保持不變的輸入電壓變化范圍。這個(gè)范圍越寬，表示電源適應(yīng)外界電壓變化的能力越強(qiáng)，電源使用范圍就越寬。它和電源的誤差放大、 反饋調(diào)節(jié)電路的增益以及占空比調(diào)節(jié)范圍有關(guān)。目前開關(guān)電源的輸入電壓變化范圍已做到90~270 V，可以省去許多電器中的110 V/220 V轉(zhuǎn)換開關(guān)。
(2) 輸出內(nèi)阻Ro：輸出電壓的變化量ΔUo與輸出電流的變化量ΔIo的比值。這個(gè)比值越小，表示電源輸出電壓隨負(fù)載電流的變化越小，穩(wěn)壓性能越好。
(3) 效率η：電源輸出功率Po與輸入功率Pi的比值。這個(gè)比值越高，開關(guān)電源的體積越小，同時(shí)可靠性也越高。目前開關(guān)電源的效率可達(dá)到90％以上。
(4) 輸出紋波電壓：由于開關(guān)電源的穩(wěn)壓過程是一個(gè)不斷反饋調(diào)節(jié)的過程，因此在輸出的直流電壓Uo上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)疊加的波動(dòng)的紋波電壓，即輸出紋波電壓。這個(gè)電壓值越小，表示電源的輸出性能越好。這個(gè)參數(shù)的表示有兩種方法：一是輸出紋波電壓有效值；二是輸出紋波電壓的峰峰值Upp。
(5) 輸出電壓調(diào)節(jié)范圍：由于電源的輸出電壓只和基準(zhǔn)電壓與輸出取樣電路的元器件參數(shù)有關(guān)，因此，輸出電壓調(diào)節(jié)范圍反映在線性電源上是穩(wěn)壓調(diào)整管集電極電流的變化范圍，反映在開關(guān)電源上是開關(guān)調(diào)整管脈沖占空比D的變化范圍。
(6) 輸出電壓穩(wěn)定性：輸出電壓隨負(fù)載變化而變化的特性，這個(gè)變化量越小越好。它主要和反饋調(diào)節(jié)回路的增益及頻響特性有關(guān)。反饋調(diào)節(jié)回路增益越高，基準(zhǔn)電壓UE越穩(wěn)定，輸出電壓Uo的穩(wěn)定性就越好。
(7) 輸出功率Po：電源能輸出給負(fù)載的最大功率，它和負(fù)載功率有關(guān)。為了保證電源安全，要求輸出功率有20％～50％的裕量。
開關(guān)電源應(yīng)用領(lǐng)域：
目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各種終端設(shè)備、通信設(shè)備、安防通信、軌道交通、新能源、電力、生物醫(yī)療、智能家居、環(huán)保設(shè)備、LED照明以及景觀亮化等。
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