一分鐘快速了解開關(guān)電源

隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展，開關(guān)電源逐漸地走上世界舞臺(tái)，電源的體積也逐漸趨于模塊化和小型化，電源的抗擾能力也越來越強(qiáng)。開關(guān)電源如何實(shí)現(xiàn)電壓控制?內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎樣的?下面帶大家快速了解一下。

一、什么是開關(guān)電源

開關(guān)電源是開關(guān)穩(wěn)壓電源的簡(jiǎn)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(guān)電源內(nèi)部的功率開關(guān)管工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，本身消耗的能量很低，電源效率可達(dá)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(如圖1所示)，它與開關(guān)電源的區(qū)別是什么呢?說的通俗一點(diǎn)就是線性電源的調(diào)壓可以看成是調(diào)阻值調(diào)壓，相當(dāng)于調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電壓發(fā)生改變。開關(guān)電源則可以看成是通過調(diào)節(jié)開關(guān)的頻率而使電壓發(fā)生變化。

圖 1 線性電源

二、開關(guān)電源分類

l 無工頻變壓器式開關(guān)電源

無工頻變壓器式開關(guān)電源是通過體積小的高頻變壓器來代替笨重的工頻變壓器，實(shí)驗(yàn)與電網(wǎng)隔離的。由于開關(guān)電源內(nèi)部器件工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，因此本身消耗的能量很低，電源效率比普通線性電源提高一倍。

圖 2 開關(guān)電源結(jié)構(gòu)框圖

l 開關(guān)穩(wěn)壓器

開關(guān)穩(wěn)壓器是一種開關(guān)式集成穩(wěn)壓器，他將PWM控制器、功率輸出級(jí)、保護(hù)電路等集成在一個(gè)芯片中，穩(wěn)壓器效率可達(dá)90%以上，有的還能連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓，適合制造從幾十瓦至幾百瓦的開關(guān)電源。

l 單片開關(guān)電源

單片開關(guān)電源是將開關(guān)電源的主要電路都集成在芯片中，能實(shí)現(xiàn)輸出隔離、脈寬調(diào)制及多種保護(hù)功能，其集成度最高。單片開關(guān)電源通過輸入整流濾波器適配85~265V、47~400HZ的交流電。而且它具有高集成度、高性價(jià)比、最簡(jiǎn)外圍電路、最佳性能指標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為開發(fā)600W以下中、小功率開關(guān)電源、精密開關(guān)電源及開關(guān)電源模塊化的優(yōu)選集成電路。

圖 3 單片開關(guān)電源模塊

三、開關(guān)電源工作方式

開關(guān)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(diào)制(簡(jiǎn)稱PWM，即脈寬調(diào)制)式：簡(jiǎn)單講就是通過調(diào)節(jié)脈沖寬度實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓目的，其核心是PWM控制器。這種方式開關(guān)電源的應(yīng)用最為普遍，其占空比調(diào)節(jié)范圍大，PWM還可以和主系統(tǒng)的時(shí)鐘保持同步。

2)脈沖頻率調(diào)制(簡(jiǎn)稱PFM，即脈頻調(diào)制)式：與脈寬調(diào)試類似，它是通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻率來實(shí)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(shè)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(diào)制(簡(jiǎn)稱PDM,即脈密調(diào)制)式：其特點(diǎn)是脈寬恒定，通過調(diào)節(jié)脈沖數(shù)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓目的。它采用零電壓技術(shù)，能顯著降低功率開關(guān)管損耗。

4)混合調(diào)制式：它是PWM和PFM的組合。開關(guān)周期開關(guān)周期和脈沖寬度都可調(diào)

需要指出的是，PWM控制器既可作為一片獨(dú)立的集成電路使用，也可被集成開關(guān)穩(wěn)壓器中，或集成在開關(guān)電源中。其中，開關(guān)穩(wěn)壓器屬于DC-DC變換器，開關(guān)電源一般為AC-DC變換器。如圖4所示：

圖 4 單片開關(guān)電源構(gòu)成

從圖中我們可以看出去掉前端整流濾波部分就可以看成是DC-DC變換器，加上前端整流濾波部分就是一個(gè)AC-DC變換器。

四、開關(guān)電源基本原理

開關(guān)電源的基本原理如圖5所示。主要由以下7部分構(gòu)成：

1) 輸入整流濾波器，包括整流橋和輸入濾波電容;

2) 單片開關(guān)電源，內(nèi)含功率開關(guān)管和控制器(含振蕩器、基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器和PWM比較器)，MOSFET;

3) 漏極鉗位保護(hù)電路;

4) 高頻變壓器;

5) 輸出整流濾波器;

6) 光耦反饋電路;

7) 偏置電路 ，給光耦合器的光敏三極管提供偏壓。

圖 5 單片開關(guān)電源基本原理

五、原理分析

穩(wěn)壓原理分析如下：

當(dāng)由于某種原因致使V上升，這時(shí)LED上的電流就提高，經(jīng)過光耦器使接收管的發(fā)射極電流上升，進(jìn)而使TOPSWITCH的控制端電流變大，占空比變小，導(dǎo)致V下降，從而達(dá)到穩(wěn)壓的作用。

六、總結(jié)

從以上我們可以看出開關(guān)電源作為現(xiàn)如今電源界的嬌子，它還有很長(zhǎng)的生命周期，而且優(yōu)勢(shì)明顯。從運(yùn)行原理上看許多因素都會(huì)影響開關(guān)電源的質(zhì)量，而且其他保護(hù)電路的增加也會(huì)使開關(guān)電源安全性得到更高保障，隔離的選取也會(huì)影響電源的反應(yīng)程度。ZLG致遠(yuǎn)電子的電源模塊考慮到廣大企業(yè)界的電源需求，無論是電源體積還是電源安全性都做到極致，保證各大企業(yè)設(shè)計(jì)板電源電路穩(wěn)定輸出，提供電源設(shè)計(jì)支持，實(shí)現(xiàn)真正的客戶與廠家的互動(dòng)。