导语:开关电源的作用是什么?它通过不同的方式将单个电平的电压转换成用户所需的电流或电压,实现高效节能。其工作原理是采用功率半导体器件作为开关元件,通过周期性通断来控制开关元件的占空比,从而调整输出电压。这两种模式能耗低,时间短,可以显著减少能源消耗和余热产生。
开关电源是利用功率半导体器件如三极管或场效应管作为开关元件,将交流電先整流成直流,再通過高速PWM信号控制開關管進行高速導通與截止,使直流電轉化為高頻率交流電供給開關變壓器進行變壓。然后通過次级感應出高頻交流電壓經過整流滤波後轉換為輸出的直流電。
其主要優點包括體積小、重量輕(僅需線性電源20~30%)、效率高(通常在60~70%,而線性電源只有30~40%)、抗干扰能力強、輸出電壓範圍寬以及模組化設計。此外,它具有較新的技術特点,如可升降壓、高效率、大功率等,但也伴隨著較大的噪声問題。
以下圖解簡單說明降壓型開關電源的工作原理:當開關K(實際中為三極管或場控晶體管)打開時,儲能二極體D允許負載接收到來自儲能感L中的能量,並且一部分存儲在滤波容C中。當開關K被打閉時,由於感L中的磁場保持不變,因此從左向右繼續有electric current flow through the load, then back to the positive terminal of D, and finally returns to the left side of L. This forms a loop.
通過調整開關時間(即PWM)可以控制輸出的DC voltage level. If output voltage is detected and used to control opening and closing times, it achieves stable output. During switching on, energy is stored in L; during switching off, energy is released from L. Therefore, L is called an energy-storing inductor (储能线圈). D provides a path for current flow during switching off and thus called a freewheeling diode (续流二极管).
开关电源功能:
主要循环
交流输入经过整流和滤波变为稳定直流,然后进入一个快速变化频繁激励信号调制循环。
这个信号使得变压器在每个周期内进行多次吸收与释放操作,从而产生一个更小幅度但更稳定的输出。
控制与反馈回路
采用精确测量技术对输出端采样并与预设值进行比较,以便调整正弦波宽度以维持恒定输出。
保护系统
设计了保护机制以防止过载、过热、欠压及过压情况发生,并自动停止以避免损坏设备。