開關(guān)電源組成及工作原理

    電源是各種電子設(shè)備必不可缺的組成部分，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)及能否安全可靠地工作。由于開關(guān)電源內(nèi)部關(guān)鍵元器件工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，功耗小，轉(zhuǎn)化率高，且體積和重量只有線性電源的20%～30%，故目前它已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。

    一、開關(guān)電源的組成

    開關(guān)電源大至由主電路、控制電路、檢測電路、輔助電源四大部份組成

    1、主電路

    沖擊電流限幅：限制接通電源瞬間輸入側(cè)的沖擊電流。

    輸入濾波器：其作用是過濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋回電網(wǎng)。

    整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電。

    逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分。

    輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。

    2、控制電路

    一方面從輸出端取樣，與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或脈頻，使輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對電源進(jìn)行各種保護(hù)措施。

    3、檢測電路

    提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。

    4、輔助電源

    實(shí)現(xiàn)電源的軟件(遠(yuǎn)程)啟動，為保護(hù)電路和控制電路(PWM等芯片)工作供電。

    二.開關(guān)電源的工作原理

    開關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，通過周期性通斷開關(guān)，控制開關(guān)元件的占空比來調(diào)整輸出電壓。開關(guān)元件以一定的時(shí)間間隔重復(fù)地接通和斷開，在開關(guān)無件接通時(shí)輸入電源Vi通過開關(guān)S和濾波電路向負(fù)載RL提供能量，當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，電路中的儲能裝置(L1、C2、二極管D組成的電路)向負(fù)載RL釋放在開關(guān)接通時(shí)所儲存的能量，使負(fù)載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量。

    VO=TON/T*Vi

    VO為負(fù)載兩端的電壓平均值

    TON為開關(guān)每次接通的時(shí)間

    T為開關(guān)通斷的工作周期

    由式可知，改變開關(guān)接通時(shí)間和工作周期的比例，VO間電壓平均值也隨之改變，因此，隨著負(fù)載及輸入電源電壓的變化自動調(diào)整TON和T的比例便使輸出電壓VO維持不變。改變接通時(shí)間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法稱為“時(shí)間比率控制”(Time Ration Control,縮寫為TRC)。

    按TRC控制原理，有三種方式：

    1、脈沖寬度調(diào)制(Pulse With Modulation,縮寫為PWM)：開關(guān)周期恒定，通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式。

    2、脈沖頻率調(diào)制(Pulse Frequency Modulation,縮寫為PFM)：導(dǎo)通脈沖寬度恒定，通過改變開關(guān)工作頻率來改變占空比的方式。

    3、混合調(diào)制：導(dǎo)通脈沖寬度和開關(guān)工作頻率均不固定，彼此都能改變的方式，它是以上二種方式的混合。