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開(kāi)關(guān)電源如何分類(lèi)? 開(kāi)關(guān)電源有哪些基本類(lèi)型

作者: 時(shí)間:2017-10-11 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

  如何分類(lèi)?

  串聯(lián)型、并聯(lián)型和變壓器耦合(并聯(lián))型

本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/201710/365302.htm

  按開(kāi)關(guān)管與負載的連接方式分類(lèi),可分為串聯(lián)型、并聯(lián)型和變壓器耦合(并聯(lián))型3種類(lèi)型。

  串聯(lián)型。圖1所示的開(kāi)關(guān)電源基本形式即是串聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源,其特點(diǎn)是開(kāi)關(guān)調整管VT與負載R1串聯(lián)。因 此,開(kāi)關(guān)管和續流二極管的耐壓要求較低。且濾波電容在開(kāi)關(guān)管導通和截止時(shí)均有電流,故濾波性能好, 輸出電壓嘰的紋波系數??;要求儲能電感鐵心截面積也較小。其缺點(diǎn)為:輸出直流電壓與電網(wǎng)電壓之間沒(méi) 有隔離變壓器,即所謂“熱底盤(pán)”,不夠安全;若開(kāi)關(guān)管內部短路,則全部輸入電壓直接加到負載上,會(huì ) 引起負載過(guò)壓或過(guò)流,損壞元件。因此輸出端一般需加穩壓管加以保護。

  圖1 開(kāi)關(guān)電源基本電路及工作波形

  

  并聯(lián)型。并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩壓電源基本電路如圖2所示,其工作波形與串聯(lián)電路基本相同,因開(kāi)關(guān)管VT與 負載RL并聯(lián)而稱(chēng)為并聯(lián)型。此外,二極管YD通常稱(chēng)為脈沖整流管,C為濾波電容。

  當開(kāi)關(guān)管基極輸人開(kāi)關(guān)控制脈沖時(shí),開(kāi)關(guān)管周期性地導通與截止。當開(kāi)關(guān)管飽和導通時(shí),輸入電壓Ui加 在儲能電感L兩端。此時(shí)電感中的電流線(xiàn)性上升,二極管VD反偏而截止,電感L儲存能量,此時(shí)負載RL所需 的電流由前一段時(shí)間電容上所充的電壓供給。當開(kāi)關(guān)管截止時(shí),VD導通,通過(guò)電感上的電流線(xiàn)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(shí) 給負載RL提供電流,并向電容C充電。同樣,達到動(dòng)態(tài)平衡時(shí),電感L在開(kāi)關(guān)管飽和時(shí)增加的電流量(能量 )與開(kāi)關(guān)管截止時(shí)減小的電流量(能量)相等,即電感上能量保持一個(gè)恒量,故

  圖2 并聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源基本電路

  可見(jiàn),并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩壓電源同樣可通過(guò)控制δ來(lái)穩定或調整輸出電壓,同時(shí)還可以看出,由于δ<1,這 種并聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源屬于升壓型電源,開(kāi)關(guān)管所承受的最大反向電壓Uce max=Uo(>Ui)。而圖1所示的串 聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源屬降壓型電源,開(kāi)關(guān)管所承受的最大反向電壓Uce max=Ui。

  脈沖變壓器耦合(并聯(lián))型。變壓器耦合(并聯(lián))型開(kāi)關(guān)電源(自激式)基本電路如圖3所示。開(kāi)關(guān)器 件可以是雙極型晶體管,也可以是場(chǎng)效應管,T為開(kāi)關(guān)(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(guò)電感耦合傳輸能量,可使輸 入端與穩壓輸出端之間互相隔離,實(shí)現機殼(底板)不帶電,同時(shí)還可便利地得到多種直流電壓,給制作 和維修帶來(lái)方便,因此,大多數彩電都采用變壓器耦合型開(kāi)關(guān)電源。

  如果將脈沖變壓器視為初、次級匝數比為n:1的理想變壓器,把次級參數等效至初級,可畫(huà)成圖2所示并聯(lián)型的電路形式,只是用nUo代替圖2中的Uo。對圖3電路,可得


  圖3 變壓器耦合型開(kāi)關(guān)電源基本電路

  由于n>1,變壓器型開(kāi)關(guān)電源一般均為降壓輸出。開(kāi)關(guān)電源中開(kāi)關(guān)管所承受的最大脈沖電壓為Uce max=Ui+nUo。

  開(kāi)關(guān)電源一般有三種工作模式:頻率、脈沖寬度固定模式,頻率固定、脈沖寬度可變模式,頻率、脈沖寬度可變模式。前一種工作模式多用于DC/AC逆變電源,或DC/DC電壓變換;后兩種工作模式多用于開(kāi)關(guān)穩壓電源。另外,開(kāi)關(guān)電源輸出電壓也有三種工作方式:直接輸出電壓方式、平均值輸出電壓方式、幅值輸出電壓方式。同樣,前一種工作方式多用于DC/AC逆變電源,或DC/DC電壓變換;后兩種工作方式多用于開(kāi)關(guān)穩壓電源。

  開(kāi)關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類(lèi),DC/DC變換器現已實(shí)現模塊化,且設計技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國內外均已成熟和標準化;AC/DC的模塊化,因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中,遇到較為復雜的技術(shù)和工藝制造問(wèn)題。

 ?。?)DC/DC變換

  DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓,也稱(chēng)為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種,一是脈寬調制方式Ts不變,改變ton(通用),二是頻率調制方式,ton不變,改變Ts(易產(chǎn)生干擾)。其具體的電路由以下幾類(lèi):

  A、Buck電路——降壓斬波器,其輸出平均電壓U0小于輸入電壓Ui,極性相同。

  B、Boost電路——升壓斬波器,其輸出平均電壓U0大于輸入電壓Ui,極性相同。

  C、Buck-Boost電路——降壓或升壓斬波器,其輸出平均電壓U0大于或小于輸入電壓Ui,極性相反,電感傳輸。

  D、Cuk電路——降壓或升壓斬波器,其輸出平均電壓U0大于或小于輸入電壓Ui,極性相反,電容傳輸。

  當今軟開(kāi)關(guān)技術(shù)使得DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍,美國VICOR公司設計制造的多種ECI軟開(kāi)關(guān)DC/DC變換器,其最大輸出功率有300W、600W、800W等,相應的功率密度為(6.2、10、17)W/cm3,效率為(80~90)%。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的高頻開(kāi)關(guān)電源模塊RM系列,其開(kāi)關(guān)頻率為(200~300)kHz,功率密度已達到27W/cm3,采用同步整流器(MOS?FET代替肖特基二極管),使整個(gè)電路效率提高到90%。

 ?。?)AC/DC變換

  AC/DC變換是將交流變換為直流,其功率流向可以是雙向的,功率流由電源流向負載的稱(chēng)為“整流”,功率流由負載返回電源的稱(chēng)為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電,因必須經(jīng)整流、濾波,因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的,同時(shí)因遇到安全標準(如UL、CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC、、FCC、CSA),交流輸入側必須加EMC濾波及使用符合安全標準的元件,這樣就限制AC/DC電源體積的小型化,另外,由于內部的高頻、高壓、大電流開(kāi)關(guān)動(dòng)作,使得解決EMC電磁兼容問(wèn)題難度加大,也就對內部高密度安裝電路設計提出了很高的要求,由于同樣的原因,高電壓、大電流開(kāi)關(guān)使得電源工作損耗增大,限制了AC/DC變換器模塊化的進(jìn)程,因此必須采用電源系統優(yōu)化設計方法才能使其工作效率達到一定的滿(mǎn)意程度。

  AC/DC變換按電路的接線(xiàn)方式可分為,半波電路、全波電路。按電源相數可分為,單相、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。

  變壓器耦合(并聯(lián))型開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)是:①通過(guò)附加一個(gè)次級繞組間接取樣的辦法或采用光耦合器實(shí) 現電源隔離,使主電源電路與交流電網(wǎng)隔離,即所謂“冷底盤(pán)”電路;②若開(kāi)關(guān)管內部短路,不會(huì )引起負 載的過(guò)壓或過(guò)流;③容許輔助電源負載與主電源負載無(wú)關(guān)。即不接主電源負載,輔助電源仍可從主電源中 得到。其缺點(diǎn)是:①對開(kāi)關(guān)管和續流二極管的耐壓要求高;②輸出電壓紋波系數較高;③要求儲能電感量 較大。

  自激式和他激式開(kāi)關(guān)電源

  按開(kāi)關(guān)器件的激勵方式,可分為自激式和他激式開(kāi)關(guān)電源。自激式開(kāi)關(guān)電源不需專(zhuān)設振蕩電路,用開(kāi)關(guān) 調整管兼做振蕩管,只需設置正反饋電路使電路起振工作,因而電路比較簡(jiǎn)單。

  他激式開(kāi)關(guān)電源需專(zhuān)設振蕩器和啟動(dòng)電路,電路結構比較復雜。

  脈沖寬度調制式和脈沖頻率調制式開(kāi)關(guān)穩壓電源

  開(kāi)關(guān)穩壓電源的輸出與開(kāi)關(guān)管的導通時(shí)間有關(guān),即決定于開(kāi)關(guān)脈沖的占空比δ,穩壓控制也就是通過(guò)調 制開(kāi)關(guān)脈沖的占空比來(lái)實(shí)現的,控制方式有脈沖寬度調制(PWM)和脈沖頻率調制(PFM)兩種。脈沖寬度 控制(調寬)式開(kāi)關(guān)電源穩壓電路在通過(guò)改變開(kāi)關(guān)脈沖寬度(控制開(kāi)關(guān)管導通時(shí)間)來(lái)穩定輸出電壓的過(guò) 程中,開(kāi)關(guān)管的工作頻率不改變。脈沖頻率控制(調頻)式開(kāi)關(guān)電源在穩壓控制過(guò)程中,改變開(kāi)關(guān)脈沖的 占空比的同時(shí),開(kāi)關(guān)管的工作頻率也隨著(zhù)發(fā)生變化,故稱(chēng)之為調頻-調寬式穩壓電源。

  PWM方式和PFM方式的調制波形分別如圖4(a)、(b)所示,tp表示脈沖寬度(即功率開(kāi)關(guān)管的導通時(shí)間 tON),T代表周期,從中很容易看出二者的區別。但它們也有共同之處:①均采用時(shí)間比率控制(TRC)的 穩壓原理,無(wú)論改變tp還是T,最終調節的都是脈沖占空比。盡管采用的方式不同,但控制目標一致,可 謂殊途同歸。②當負載由輕變重,或者輸入電壓從高變低時(shí),分別通過(guò)增加脈寬、升高頻率的方法,使輸 出電壓保持穩定。

  圖4 兩種控制方式的調制波形

  混合調制方式

  混合調制方式是指脈沖寬度與開(kāi)關(guān)頻率均不固定,彼此都能改變的方式,它屬于PWM和PFM的混合方式。由于莎p和r均可單獨調節,因此占空比調節范圍最寬,適合制作供實(shí)驗室使用并可寬范圍調節的開(kāi)關(guān)電源。

  開(kāi)關(guān)管的典型工作方式

  按開(kāi)關(guān)管的連接和工作方式分類(lèi),開(kāi)關(guān)穩壓電源可分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式4種。單端式僅用一個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管,推挽式或半橋式采用兩個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管,全橋式則采用4個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管。目前彩色電視機、顯示器、打印機、傳真機等開(kāi)關(guān)穩壓電源常采用單端式,而微機開(kāi)關(guān)電源均采用半橋式。



關(guān)鍵詞: 開(kāi)關(guān)電源

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