開關電源的基本原理
開關電源工作原理:
開關電源就是用通過電路控制開關管進行高速的道通與截止。將直流電轉化爲高頻率的交流電提供給變壓器進行變壓,從而產生所需要的一組或多組電壓。
開關模式電源又稱交換式電源、開關變換器,是一種高頻化電能轉換裝置,是電源供應器的一種。其功能是將一個位準的電壓,透過不同形式的架構轉換爲用戶端所需求的電壓或電流。開關電源的輸入多半是交流電源或是直流電源,而輸出多半是需要直流電源的設備,例如個人電腦,而開關電源就進行兩者之間電壓及電流的轉換。
開關電源不同於線性電源,開關電源利用的切換晶體管多半是在全開模式(飽和區)及全閉模式(截止區)之間切換,這兩個模式都有低耗散的特點,切換之間的轉換會有較高的耗散,但時間很短,因此比較節省能源,產生廢熱較少。理想上,開關電源本身是不會消耗電能的。電壓穩壓是透過調整晶體管導通及斷路的時間來達到。相反的,線性電源在產生輸出電壓的過程中,晶體管工作在放大區,本身也會消耗電能。開關電源的高轉換效率是其一大優點,而且因爲開關電源工作頻率高,可以使用小尺寸、輕重量的變壓器,因此開關電源也會比線性電源的尺寸要小,重量也會比較輕。
若電源的高效率、體積及重量是考慮重點時,開關電源比線性電源要好。不過開關電源比較複雜,內部晶體管會頻繁切換,若切換電流尚未加以處理,可能會產生噪聲及電磁干擾影響其他設備,而且若開關電源沒有特別設計,其電源功率因數可能不高。
現代開關電源有兩種:一種是直流開關電源;另一種是交流開關電源。
開關電源一般有三種工作模式:頻率、脈衝寬度固定模式,頻率固定、脈衝寬度可變模式,頻率、脈衝寬度可變模式。前一種工作模式多用於DC/AC逆變電源,或DC/DC電壓變換;後兩種工作模式多用於開關穩壓電源。另外,開關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於DC/AC逆變電源,或DC/DC電壓變換;後兩種工作方式多用於開關穩壓電源。
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