导语:开关电源的核心功能是什么?它通过巧妙地转换单一电平的电压,创造出符合用户需求的电流或电压。这种转换是通过精细调节晶体管进入全开与全关状态来实现的,这两种模式既能显著降低能源消耗,又能减少热量产生,从而为我们节省宝贵资源。
开关电源采用高效半导体器件作为控制元件,将其周期性地打开和关闭,以便调整占空比以适应输出需求。简言之,它首先将交流变换成直流,再借助高速脉冲宽度调制技术,将直流再次逆变成交流,然后经过整流,最终形成所需直流电压。
①首先,交流电经历整流滤波,成为稳定的直流。
②接着,高频率PWM信号精确控制开关管,使它们快速切入切出,从而把直流转化为高速交替信号供给高频变压器使用。
③在变压器次级感应产生高频交流电后,再次经过整理和滤波,最终提供给负载以供使用。
④最后,在输出端进行反馈调整,以保持PWM占空比,为稳定输出奠定基础。
开关电源最大的优点包括体积小、重量轻(仅有线性型的一分之一至三分之一)、效率卓越(通常60%到70%,远超传统30%到40%)、抗干扰能力强、模块化设计以及广泛可调输出范围。此外,它具有较新且前卫的设计理念,可实现升降压、高功率等多项优势。不过,由于工作时持续在开关状态,所以噪声相对较大。
以下图解,我们可以更深入地探讨降壓開關電源如何運作。在圖中,你會發現開關K(實際上是三極管或場效應閘放)與二極體D、磁偶L和濾波電容C構成了完整系統。當開關K打開時,電力通過該開關與磁偶L為負載供電,並將一部分能量儲存在磁偶L及電容C中。由於磁偶L自感作用,在接通後增長速度緩慢,因此輸出的時間無法立即達到原來電壓水平。一段時間後,當閉合時,由於剩餘中的持續動作(類似惯性),使得維持同樣流量,不斷從左向右循環,這個循環包含負載並返回地球線最後回到二極體D正極經過此處再返回給左端形成一個回路。在調節每一次打開與閉合時間(即PWM—脈沖寬度調制)就能控制輸出值,這就是穩壓技術。而在打開與閉合期間儲存能量;在閉合時釋放這些能量,因此稱為儲能磁偶,而稱為繼續二極體D則是在打開時為負責提供通路給儲存中的力量。
總結來說:
主要功能:首先將交流轉換成直接後進行適當調整,即可獲得需要的小幅變壓;然後進一步將其轉換為適應特定應用的小幅變壓;
控制反饋機制:通過微調對開關進行指令使其啟動或禁用,以實現能源傳遞,並通過採樣反饋機制監控輸出並建立負反饋迴路以確保穩定;
保護機制:具備保護措施,如欠壓/過壓保護、過載/短路保護以及過熱保護等,可以防止異常狀況下損壞設備甚至人身安全。