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开关电源&照明

2025-01-02
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工作原理


开关电源主要由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源四大部分组成。


  • 主电路:包括冲击电流限幅、输入滤波器、整流与滤波、逆变、输出整流与滤波等部分。其作用是将市电等原生态电源进行处理,如过滤杂波、整流为直流电、逆变为高频交流电,最后输出稳定可靠的直流电源。

  • 控制电路:一方面从输出端取样,与设定值进行比较,然后去控制逆变器,改变其脉宽或脉频,使输出稳定;另一方面,根据检测电路提供的数据,经保护电路鉴别,对电源进行各种保护措施。

  • 检测电路:负责提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。

  • 辅助电源:实现电源的软件(远程)启动,为保护电路和控制电路(PWM 等芯片)工作供电。

特点


  • 高效率:开关电源利用的切换晶体管多半在全开模式及全闭模式之间切换,这两个模式都有低耗散的特点,因此比较节省能源,产生废热较少,理想上,开关电源本身不会消耗电能。

  • 体积小、重量轻:因为开关电源工作频率高,可以使用小尺寸、轻重量的变压器等元器件,相比线性电源,其尺寸和重量都有很大优势2

  • 稳压范围宽:能在较宽的输入电压范围内稳定输出电压,适应不同的电网电压波动。

分类


  • 按输入与输出之间是否有电气隔离:可分为隔离式 DC/DC 转换器和非隔离式 DC/DC 转换器。隔离式 DC/DC 转换器又可分为正激式、反激式、双管正激式、双管反激式、推挽式、半桥式、全桥 DC/DC 转换器等;非隔离式 DC/DC 转换器可分为降压式、升压式、升压降压式、Cuk、Zeta、Sepic 等多种。

  • 按能量的传输方向:可分为单向传输和双向传输两种。具有双向传输功能的 DC/DC 转换器,既可以从电源侧向负载侧传输功率,也可以从负载侧向电源侧传输功率。

  • 按开关管的开关条件:可分为硬开关和软开关两种。软开关 DC/DC 转换器可显著地减小开关损耗以及开关过程中激起的振荡,使开关频率可以大幅度提高。

应用领域


  • 消费电子:如手机充电器、笔记本电脑电源适配器、平板电脑充电器、电视机、音响设备等1

  • 工业自动化:为 PLC、工业机器人、自动化生产线等提供稳定的直流电源,确保设备的正常运行1

  • 电力与能源:变频器、UPS 等设备中广泛应用开关电源,以实现电能的转换和稳定供应1

  • 通信:在通信基站、数据中心等场所,为通信设备提供高效、稳定的电源1

  • 医疗:医用 X 光机、CT 机、监护仪、心电图机等生命支持设备对电源的稳定性和可靠性要求极高,开关电源能满足这些需求1

  • 航空航天:卫星通信设备、飞机上的航空电子设备等也会使用开关电源,因其具有体积小、重量轻、效率高等优点1

发展趋势


  • 高频化:不断攀升的开关频率使变压器、电感、电容等元器件进一步小型化和轻量化,提升功率密度,推动电子设备向高性能、多功能方向发展3

  • 数字化:借助数字信号处理器、微控制器等先进手段,实现对开关管导通和截止时间的实时精细调整,优化电能转换过程,提高电源的稳定性和可靠性,并赋予其智能化、网络化和模块化的特质3

  • 模块化:将开关电源的各个功能单元或子电路打造为独立的模块,然后通过组合与连接构建成完整的电源系统,提升可维护性、可扩展性和生产效率,降低生产成本3

  • 绿色环保:通过优化电路设计、采用新型高效的功率器件与前沿控制技术,降低待机功耗与转换损耗,提高能源利用效率,并减少有害物质的使用,推广更环保的材料与工艺3

  • 智能化:凭借智能控制算法与先进的传感器技术,实现电能的精确控制与自适应调节,同时与物联网技术深度融合,开启远程监控与管理的新时代3

  • 新材料应用:碳化硅、氮化镓等新型宽禁带半导体材料崭露头角,具有热导率高、电阻低、击穿电压高以及开关速度快等优异特性,能够显著提升开关电源的效率、功率密度与可靠性