在現(xiàn)代電子設備中,電源的選擇對于設備的性能和可靠性至關重要。而在電源的選擇中,開關電源和普通電源是兩種常見的選擇。雖然它們都能為設備提供所需的電能,但它們在工作原理和性能方面存在著顯著的區(qū)別。開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用幾乎所有的電子設備,是當今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。
什么叫開關電源
開關電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù),控制開關管開通和關斷的時間比率,維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源,開關電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET構(gòu)成。
開關電源是相對線性電源說的,其輸入端直接將交流電整流變成直流電,再在高頻震蕩電路的作用下,用開關管控制電流的通斷,形成高頻脈沖電流。在電感(高頻變壓器)的幫助下,輸出穩(wěn)定的低壓直流電。
由于變壓器的磁芯大小與開關電源工作頻率的平方成反比,頻率越高鐵心越小。這樣就可以大大減小變壓器,使電源減輕重量和體積。而且由于它直接控制直流,使這種電源的效率比線性電源高很多。這樣就節(jié)省了能源,因此它受到人們的青睞。但它也有缺點,就是電路復雜、維修困難、對電路的污染嚴重;電源噪聲大,不適合用于某些低噪聲電路。
開關電源的特點
開關電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET構(gòu)成。隨著隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新,目前開關電源主要以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用到幾乎所有的電子設備,其重要性可見一斑。
開關電源的分類
根據(jù)開關器件在電路中連接的方式,開關電源總的來說可分為串聯(lián)式開關電源、并聯(lián)式開關電源、變壓器式開關電源等三大類。
其中,變壓器式開關電源還可以進一步分成:推挽式、半橋式、全橋式等多種。根據(jù)變壓器的激勵和輸出電壓的相位,又可以分成:正激式、反激式、單激式和雙激式等多種。
開關電源和普通電源的區(qū)別
普通的電源一般是線性電源,線性電源,是指調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下的電源。而在開關電源中則不一樣,開關管(在開關電源中,我們一般把調(diào)整管叫做開關管)是工作在開、關兩種狀態(tài)下的:開 —— 電阻很小,關 —— 電阻很大。
開關電源是一種比較新型的電源。它具有效率高,重量輕,可升、降壓、輸出功率大等優(yōu)點。但是由于電路工作在開關狀態(tài),所以噪聲比較大。
舉例說明:降壓型開關電源
我們來簡單的說說降壓型開關電源的工作原理:電路由開關(實際電路中為三極管或者場效應管),續(xù)流二極管、儲能電感、濾波電容等構(gòu)成。
當開關閉合時,電源通過開關、電感給負載供電,并將部分電能儲存在電感以及電容中。由于電感的自感,在開關接通后,電流增大得比較緩慢,即輸出不能立刻達到電源電壓值。
一定時間后,開關斷開,由于電感的自感作用(可以比較形象地認為電感中的電流有慣性作用),將保持電路中的電流不變,即從左往右繼續(xù)流。這電流流過負載,從地線返回,流到續(xù)流二極管的正極,經(jīng)過二極管,返回電感的左端,從而形成了一個回路。
通過控制開關閉合跟斷開的時間(即PWM——脈沖寬度調(diào)制),就可以控制輸出電壓。如果通過檢測輸出電壓來控制開、關的時間,以保持輸出電壓不變,這就實現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。
普通電源和開關電源相同的是都有電壓調(diào)整管,利用反饋原理來進行穩(wěn)壓的,不同的是開關電源利用開關管進行調(diào)整,普通電源一般利用三極管的線性放大區(qū)進行調(diào)整。比較而言,開關電源的能耗低,對交流電壓適用范圍要寬,輸出直流的波紋系數(shù)要好,缺點是開關脈沖干擾。
普通半橋開關電源的主要工作原理就是上橋和下橋的開關管(頻率高時開關管為VMOS)輪流導通,首先電流通過上橋開關管流入,利用電感線圈的存儲功能,將電能集聚在線圈中,最后關閉上橋開關管,打開下橋的開關管,電感線圈和電容持續(xù)給外部供電。然后又關閉下橋開關管,再打開上橋讓電流進入,就這樣重復進行,因為要輪流開關兩開關管,所以稱為開關電源。
而線性電源就不一樣了,由于沒有開關介入,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,影響最終的使用效果。
主要區(qū)別: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)熱嚴重,效率很低,一般在40%~60%(還得說是很好的線性電源)。
線性電源的工作方式,使從高壓變低壓必須有降壓裝置,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。這樣一來體積也就很大,比較笨重,效率低、發(fā)熱量也大;但也有優(yōu)點:紋波小、調(diào)整率好、對外干擾小、適合用于模擬電路/各類放大器等。
開關電源它的功率器件工作在開關狀態(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,要用低損耗高磁導率的材料來做。它的變壓器就是一個字小??傂试?0%~98%,開關電源的效率高但體積小,但是和線性電源比它的紋波,電壓電流調(diào)整率就有一定的折扣了。
開關電源和普通電源作為常見的電源選擇,各自具有不同的特點和適用場景。開關電源以其高效率、小體積和穩(wěn)定性得到了廣泛應用,尤其適用于對電能要求較高的領域。而普通電源則更加簡單可靠,適用于一些對成本和復雜度要求較低的場合。在選擇電源時,我們需要根據(jù)具體需求和應用環(huán)境綜合考慮各種因素。
原標題:一文讀懂開關電源與普通電源