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开关电源概述

1、 传统串联调整稳压器是一种连续控制的线性稳压电源,其系统工作原理图如下,此种稳压方式应用较多,由于调整管总是工作于放大区,流过的电流是连续的,这些结构及电路特性上的特点显示出其过载承受与短路承受能力差,效率低(35~60%),而且调整管还需较大的散热器,如图6-1

图6-1
开关调整式稳压器即开关电源是一种调整管工作于开关状态下,功率损耗小,效率高(70~95%以上),体积小,重量轻,调整管损耗小,则散热器也随之减小。由于开关频率较高,一般在20KHz以上的超音频范围,故所须的滤波电容、电感可用小数值的元件,能忍耐较高的环境温度;同时也存在控制电路复杂,输出电压纹波电压高,瞬态响应较差的缺陷,因而在使用中有局限性。

2、 开关电源对元件要求及其附带影响。
A. 开关电源中必须采用高频变压器,电感等磁性元件,以及平滑用的电容,比如高频低内阻的电解,高频陶瓷电容如积层电容,高频薄膜电容如金属膜电容、P-P电容等。
B. 调整用的开关管从双极型的NPN、PNP管(开关频率可达100KHz),到MOSFET(频率可达500KHz),以及IGBT、GTO、新型电力电子器件的出现,使得开关电源频率不断提高,功率不断提高,耐压耐流方面也不断提高。
C. 一般地,开关电源的频率越高,同等体积下其功率就越大,大致认为成正比;频率的提高,开关调整管的速度也要求越高,而频率高开关管的损耗亦随之加剧。开关管高速开关工作时,电路中的分布电感,分布电容会由于二极管蓄积电荷影响,产生浪涌电压与噪声,不但影响周边电子设备的工作,而且开关电源自身的可靠性亦显著降低。
D. 开关管工作的噪声,要采用RC、LC等L-C-R电路网络来吸收,对于二极管蓄积电荷产生的浪涌电压则要用非晶态磁芯或矩形磁芯的磁吸收电路。对于MHz以上更高频率的开关电源,目前多采用谐振电路,即称为谐振开关方式,这种方式原理上可实现开关管损耗为零,噪声最小,可消除浪涌电压或电流浪涌。
E. 由于开关电源工作频率高,所以其变压器上各输出绕组上取出直流电压时,要用快速二极管,超快速二极管以及消特基二极管等。
F. 磁性元件的有效利用,对于提高开关电源技术是极重要的。
G. 开关电源控制电路集成化,由于开关电源的控制电路较为复杂,而且对控制开关管的信号要求要可靠、安全、响应好,为此,把各控制电路制作于同芯片上的控制单元IC,如3842、3845、3525、3854等;还有的将控制单元与功率开关管,以及反馈控制电路亦集成于同一芯片上,有的还甚至与单片机可直接接口控制。

 

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