開關電源是開關穩(wěn)壓電源的簡稱,一般指輸入為交流電壓、輸出為直流電壓的AC-DC變換器。開關電源內部的功率開關管工作在高頻開關狀態(tài),本身消耗的能量很低,電源效率可達75%~90%,比普通線性穩(wěn)壓電源(線性電源)提高一倍。說到線性電源,它與開關電源的區(qū)別是什么呢?說的通俗一點就是線性電源的調壓可以看成是調阻值調壓,相當于調節(jié)滑動變阻器使電壓發(fā)生改變。開關電源則可以看成是通過調節(jié)開關的頻率而使電壓發(fā)生變化。
開關電源按控制原理來分類,可以有以下4種分類:
1)脈沖寬度調制(簡稱PWM,即脈寬調制)式:簡單講就是通過調節(jié)脈沖寬度實現(xiàn)穩(wěn)壓目的,其核心是PWM控制器。這種方式開關電源的應用最為普遍,其占空比調節(jié)范圍大,PWM還可以和主系統(tǒng)的時鐘保持同步。
2)脈沖頻率調制(簡稱PFM,即脈頻調制)式:與脈寬調試類似,它是通過調節(jié)開關頻率來實現(xiàn)穩(wěn)壓目的,其核心是PFM控制器。這種方式適合于便攜式設備,它在低占空比、低頻條件下降低控制芯片的靜態(tài)電流。
3)脈沖密度調制(簡稱PDM,即脈密調制)式:其特點是脈寬恒定,通過調節(jié)脈沖數(shù)實現(xiàn)穩(wěn)壓目的。它采用零電壓技術,能顯著降低功率開關管損耗。
4)混合調制式:它是PWM和PFM的組合。開關周期開關周期和脈沖寬度都可調
需要指出的是,PWM控制器既可作為一片獨立的集成電路使用,也可被集成開關穩(wěn)壓器中,或集成在開關電源中。其中,開關穩(wěn)壓器屬于DC-DC變換器,開關電源一般為AC-DC變換器。
開關電源按開關管與負載的連接方式分類,開關電源可分為串聯(lián)型、并聯(lián)型和變壓器耦合(并聯(lián))型3種類型。
串聯(lián)型。其特點是開關調整管VT與負載R1串聯(lián)。因 此,開關管和續(xù)流二極管的耐壓要求較低。且濾波電容在開關管導通和截止時均有電流,故濾波性能好, 輸出電壓嘰的紋波系數(shù)小;要求儲能電感鐵心截面積也較小。其缺點為:輸出直流電壓與電網(wǎng)電壓之間沒 有隔離變壓器,即所謂“熱底盤”,不夠安全;若開關管內部短路,則全部輸入電壓直接加到負載上,會 引起負載過壓或過流,損壞元件。因此輸出端一般需加穩(wěn)壓管加以保護。
并聯(lián)型。其工作波形與串聯(lián)電路基本相同,因開關管VT與 負載RL并聯(lián)而稱為并聯(lián)型。此外,二極管YD通常稱為脈沖整流管,C為濾波電容。
當開關管基極輸人開關控制脈沖時,開關管周期性地導通與截止。當開關管飽和導通時,輸入電壓Ui加 在儲能電感L兩端。此時電感中的電流線性上升,二極管VD反偏而截止,電感L儲存能量,此時負載RL所需 的電流由前一段時間電容上所充的電壓供給。當開關管截止時,VD導通,通過電感上的電流線性下降,感 應電壓為左負右正,輸入電壓Ui和電感L上的感應電壓同極性串聯(lián),電源輸人Ui和電感L所釋放的能量同時 給負載RL提供電流,并向電容C充電。同樣,達到動態(tài)平衡時,電感L在開關管飽和時增加的電流量(能量 )與開關管截止時減小的電流量(能量)相等,即電感上能量保持一個恒量。
脈沖變壓器耦合(并聯(lián))型。開關器件可以是雙極型晶體管,也可以是場效應管,T為開關(脈沖)變壓器,VD為脈沖整流二極管,C為濾波電 容,RL為負載。這里脈沖變壓器的初級繞組起儲能電感作用,脈沖變壓器通過電感耦合傳輸能量,可使輸 入端與穩(wěn)壓輸出端之間互相隔離,實現(xiàn)機殼(底板)不帶電,同時還可便利地得到多種直流電壓,給制作 和維修帶來方便,因此,大多數(shù)彩電都采用變壓器耦合型開關電源。