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- 線性電源的原理
線性電源主要包括工頻變壓器、輸出整流濾波器、控制電路、保護電路等。
線性電源是先將交流電經(jīng)過變壓器變壓,再經(jīng)過整流電路整流濾波得到未穩(wěn)定的直流電壓,要達到高精度的直流電壓,必須經(jīng)過電壓反饋調(diào)整輸出電壓,這種電源技術(shù)很成熟,可以達到很高的穩(wěn)定度,波紋也很小,而且沒有開關(guān)電源具有的干擾與噪音。但是它的缺點是需要龐大而笨重的變壓器,所需的濾波電容的體積和重量也相當(dāng)大,而且電壓反饋電路是工作在線性狀態(tài),調(diào)整管上有一定的電壓降,在輸出較大工作電流時,致使調(diào)整管的功耗太大,轉(zhuǎn)換效率低,還要安裝很大的散熱片。這種電源不適合計算機等設(shè)備的需要,將逐步被開關(guān)電源所取代。
二、開關(guān)電源的原理:
開關(guān)電源主要包括輸入電網(wǎng)濾波器、輸入整流濾波器、逆變器、輸出整流濾波器、控制電路、保護電路。
它們的功能是:
1.輸入電網(wǎng)濾波器:消除來自電網(wǎng),如電動機的啟動、電器的開關(guān)、雷擊等產(chǎn)生的干擾,同時也防止開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴散。
2.輸入整流濾波器:將電網(wǎng)輸入電壓進行整流濾波,為變換器提供直流電壓。
3.逆變器:是開關(guān)電源的關(guān)鍵部分。它把直流電壓變換成高頻交流電壓,并且起到將輸出部分與輸入電網(wǎng)隔離的作用。
4.輸出整流濾波器:將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的直流電壓,同時還防止高頻噪聲對負載的干擾。
5.控制電路:檢測輸出直流電壓,并將其與基準(zhǔn)電壓比較,進行放大。調(diào)制振蕩器的脈沖寬度,從而控制變換器以保持輸出電壓的穩(wěn)定。
6.保護電路:當(dāng)開關(guān)電源發(fā)生過電壓、過電流短路時,保護電路使開關(guān)電源停止工作以保護負載和電源本身。
開關(guān)電源是將交流電先整流成直流電,在將直流逆變成交流電,在整流輸出成所需要的直流電壓。這樣開關(guān)電源省去下線性電源中的變壓器,以及電壓反饋電路。而開關(guān)電源中的逆變電路*是數(shù)字調(diào)整,同樣能達到非常高的調(diào)整精度。
開關(guān)電源的主要優(yōu)點:體積小、重量輕(體積和重量只有線性電源的20~30%)、效率高(一般為60~70%,而線性電源只有30~40%)、自身抗干擾性強、輸出電壓范圍寬、模塊化。
開關(guān)電源的主要缺點:由于逆變電路中會產(chǎn)生高頻電壓,對周圍設(shè)備有一定的干擾。需要良好的屏蔽及接地。
交流電經(jīng)過整流,可以得到直流電。但是,由于交流電壓及負載電流的變化,整流后得到的直流電壓通常會造成20%到40%的電壓變化。為了得到穩(wěn)定的直流電壓,必須采用穩(wěn)壓電路來實現(xiàn)穩(wěn)壓。按照實現(xiàn)方法的不同,穩(wěn)壓電源可分為三種:線性穩(wěn)壓電源、相控穩(wěn)壓電源、開關(guān)穩(wěn)壓電源。其中開關(guān)電源代表低碳環(huán)保和先進電源的發(fā)展趨勢。
常用的低壓直流開關(guān)電源就是將220V交流電經(jīng)過EMI濾波器后直接整流成300V左右的直流電,通過電路控制開關(guān)管進行高速的道通與截止再轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給變壓器進行變壓,從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓,而后再整流成所需要電壓的直流電。轉(zhuǎn)化為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比50Hz高很多,所以主變壓器可以做的很小,且使用磁芯,它工作時也不是很熱;另外,在高頻下,貯存能量和濾波電容和電感要比50Hz 下小很多,成本很低。如果不將50Hz 變?yōu)楦哳l那開關(guān)電源就沒有意義!開關(guān)變壓器也不神秘,就是一個普通的磁芯變壓器!這就是開關(guān)電源。
開關(guān)電源,是通過電子技術(shù)實現(xiàn)的,主要環(huán)節(jié):整流成直流電——逆變成所需電壓的交流電(主要來調(diào)整電壓)——再經(jīng)過整流成直流電壓輸出。
開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)中由于中間沒有笨重的變壓器和散熱片,因而體積非常小。同時,開關(guān)電源內(nèi)部都是電子元件,效率高、發(fā)熱小。雖然,具有電磁干擾大等缺點,但現(xiàn)在歐美日本土銷售和中國制造但沒有偷工減料的開關(guān)電源抗電磁干擾濾波器和屏蔽技術(shù)已經(jīng)非常到位。
開關(guān)電源大體可以分為隔離和非隔離兩種,隔離型的必定有開關(guān)變壓器,而非隔離的未必一定有。
簡單地說,開關(guān)電源的工作原理是:
1.交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流;
2.通過高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)或者脈沖頻率調(diào)制(PFM)控制開關(guān)管,將那個直流加到開關(guān)變壓器初級上;
3.開關(guān)變壓器次級感應(yīng)出高頻電壓,經(jīng)整流濾波供給負載;
4.輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路,控制PWM占空比,以達到穩(wěn)定輸出的目的.
交流電源輸入時一般要經(jīng)過電感電容濾波器一類的東西,過濾掉電網(wǎng)上的干擾,同時也過濾掉電源對電網(wǎng)的干擾;在功率相同時,開關(guān)頻率越高,開關(guān)變壓器的體積就越小,但對開關(guān)管的要求就越高;開關(guān)變壓器的次級可以有多個繞組或一個繞組有多個抽頭,以得到需要的輸出;一般還應(yīng)該增加一些保護電路,比如空載、短路等保護, 否則可能會燒毀開關(guān)電源。
以上說的就是開關(guān)電源的大致工作原理。
其實現(xiàn)在已經(jīng)有了集成度非常高的芯片,可以使外圍電路非常簡單,甚至做到免調(diào)試。
例如TOP系列的開關(guān)電源芯片(或稱模塊),只要配合一些阻容元件,和一個開關(guān)變壓器,就可以做成一個基本的開關(guān)電源。
開關(guān)電源&線性電源
普通半橋開關(guān)電源的主要工作原理就是上橋和下橋的開關(guān)管(頻率高時開關(guān)管為VMOS)輪流導(dǎo)通,首先電流通過上橋開關(guān)管流入,利用電感線圈的存儲功能,將電能集聚在線圈中,后關(guān)閉上橋開關(guān)管,打開下橋的開關(guān)管,電感線圈和電容持續(xù)給外部供電。然后又關(guān)閉下橋開關(guān)管,再打開上橋讓電流進入,就這樣重復(fù)進行,因為要輪流開關(guān)兩開關(guān)管,所以稱為開關(guān)電源。
而線性電源就不一樣了,由于沒有開關(guān)介入,使得上水管一直在放水,如果有多的,就會漏出來,這就是我們經(jīng)常看到的某些線性電源的調(diào)整管發(fā)熱量很大,用不完的電能,全部轉(zhuǎn)換成了熱能。從這個角度來看,線性電源的轉(zhuǎn)換效率就非常低了,而且熱量高的時候,元件的壽命勢必要下降,影響終的使用效果 。
開關(guān)電源和線性電源的區(qū)別主要是他們的工作方式。
線性電源的功率調(diào)整管總是工作在放大區(qū),流過的電流是連續(xù)的。由于調(diào)整管上損耗較大的功率,所以需要較大功率調(diào)整管并裝有體積很大的散熱器,發(fā)熱嚴(yán)重,效率很低。一般在40%~60%,還得說他是很好的線性電源。線性電源的工作方式,使他從高壓變低壓必須有將壓裝置,一般的都是變壓器,也有別的像KX電源,再經(jīng)過整流輸出直流電壓。這樣一來他的體積也就很大,比較笨重,效率低、發(fā)熱量也大。他也有他的優(yōu)點:紋波小,調(diào)整率好,對外干擾小。適合用與模擬電路,各類放大器等。
開關(guān)電源。它的功率器件工作在開關(guān)狀態(tài),在電壓調(diào)整時能量是通過電感線圈來臨時貯存,這樣他的損耗就小,效率也就高,對散熱的要求低,但它對變壓器和貯能電感也有了更高的要求,要用低損耗高磁導(dǎo)率的材料來做。它的變壓器就是一個字小??傂试?80%~98%,開關(guān)電源的效率高但體積小,但是和線性電源比他的紋波,電壓電流調(diào)整率就有一定的折扣了 。
業(yè)余電臺等無線電通信電源交流電源的特殊要求:
1、電臺使用比較規(guī)范的室外天饋系統(tǒng),同軸電纜屏蔽層不參與無線電收發(fā)時主要考慮電源的ESD和電源穩(wěn)壓部分的抗干擾能力。原因是發(fā)射時電源負載阻抗瞬時變化很大,如果處理不當(dāng)會造成穩(wěn)壓系統(tǒng)取樣和執(zhí)行紊亂,因此須在穩(wěn)壓系統(tǒng)取樣與輸出間加裝低通濾波器。
2、電臺使用很隨意的室外天饋系統(tǒng),同軸電纜屏蔽層參與無線電收發(fā)。此時此刻還需要在220V輸入端加裝低通濾波器抑制干擾。
3、使用昂貴的電臺,因維修費用高,須加裝并聯(lián)型限壓電路以確保在任何時候電臺得到的電壓不超過額定電壓25%。
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