現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子方向轉(zhuǎn)變。而在電力電子技術的應用及各種電源系統(tǒng)中,開關電源技術均處于核心地位。
從1955年美國羅耶(GH.Roger)發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器,是實現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開端,到現(xiàn)今開關電源技術成為電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展中不可缺少的電源方式。
開關電源技術憑什么成為現(xiàn)代電力電子技術最核心地位?它的成功僅僅依靠是它偏小型化便于與電子設備安裝嗎?
什么是開關電源
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(交流電)-DC(直流電)交換器。開關電源內(nèi)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)壓電源提高一倍。
開關電源和線性電源有什么區(qū)別?
簡單來說,線性電源的調(diào)壓可以看成調(diào)阻值,相當于通過調(diào)節(jié)滑動變阻器使電壓發(fā)生改變,而開關電源是通過調(diào)節(jié)開關的頻率使得電壓發(fā)生變化。同時,開關電源與線性電源相比,二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長,只是二者增長速率各異。
線性電源成本在某一輸出功率點上,反而高于開關電源。
因此,隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新,使得開關電源技術不斷突破與創(chuàng)新,這一個成本問題,反而讓開關電源技術向低輸出電力端移動,為開關電源提供了廣泛的發(fā)展空間。
開關電源的工作原理
開關電源是利用現(xiàn)代電力技術,控制開關晶體管開通和關斷的時間比率,維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源開關電源由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制(金氧半場效晶體管)構(gòu)成。
開關電源是由主電路、控制電路、檢測電路、輔助電路四大部分組成。開關電源,顧名思義,相當于這里有一扇門,一扇門讓電流通過,另一扇門讓電流停止通過。那么什么是門?
XED-15A12VWT內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
開關電源有的采用可控硅,有的采用開關管,這些都是依靠基極、(開關管)控制極(可控硅)上加上脈沖信號來完成導通和截止,使得電子開關器不斷地‘接通’和‘關斷’,讓電子開關器件對輸入電壓進行脈沖調(diào)制,從而實現(xiàn)DC/AC、DC/DC電壓變換,以及輸出電壓可調(diào)和自動穩(wěn)壓。
開關電源優(yōu)點
電力電子設備與人們的工作、生活的關系日益密切,而電子設備都離不開可靠的電源,進入80年代后計算機全面實現(xiàn)開關電源化,到90年代開關電源相繼進入各種電子、電器領域。
短短的十年之間,開關電源技術迅速占領電力電子設備的核心地位,難道這僅僅是因為開關電源體積小的?
其實從開關電源的原理圖可以了解到:它沒有采用笨重的工頻變壓器,同時因為調(diào)整管上的耗散功率大幅度降低,從而省去較大的散熱片。這使得開關電源的體積變小,重量輕。但是,開關電源最大優(yōu)點是——功耗小,效率高。在開關電源電路中,晶體管在激勵信號的激勵下,它不斷重復‘導通’‘截至’的開關狀態(tài),轉(zhuǎn)換速度極快,頻率在50HZ只有,使得電源效率大大的提高。
其實,開關電源穩(wěn)壓范圍寬。從開關電源的輸出電壓是有激勵信號的占空比來調(diào)節(jié)的,輸入信號信號電壓的變化可以通過調(diào)頻或調(diào)寬來進行補償。這樣,在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時,它仍能夠保證有較穩(wěn)定的輸出電壓。
所以,開關電源技術的快速成為電力電子設備中一份子,不無無道理。
注意:
開關電源的工作頻率目前基本上是工作在50kHz,是線性穩(wěn)壓電源的1000倍,這使整流后的濾波效率幾乎也提高了1000倍;即使采用半波整流后加電容濾波,效率也提高了500倍。在相同的紋波輸出電壓下,采用開關電源時,濾波電容的容量只是線性穩(wěn)壓電源中濾波電容的1/500~1/1000。