开关电源的主要用途、分类及其参数

来源:网络整理 作者:2017年05月19日 09:00
[导读] 开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。
关键词:开关电源电源

  开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。电源是各种电子设备必不可缺的组成部分,其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。由于开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态,功耗小,转化率高,且体积和重量只有线性电源的20%—30%,故目前它已成为稳压电源的主流产品。

  开关电源的主要用途、分类及其参数

  电子设备电气故障的检修,本着从易到难的原则,基本上都是先从电源入手,在确定其电源正常后,再进行其他部位的检修,且电源故障占电子设备电气故障的大多数。故了解开头电源基本工作原理,熟悉其维修技巧和常见故障,有利于缩短电子设备故障维修时间,提高个人设备维护技能。

  开关电源的主要用途:

  开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器,电子冰箱,液晶显示器,LED灯具,通讯设备,视听产品,安防监控,LED灯袋,电脑机箱,数码产品和仪器类等领域。

  开关电源的主要用途、分类及其参数

  开关电源的主要分类:

  人们在开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件,边开发开关变频技术,两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类。

  微型低功率开关电源

  开关电源正在走向大众化,微型化。开关电源将逐步取代变压器在生活中的所有应用,低功率微型开关电源的应用要首先体现在,数显表、智能电表、手机充电器等方面。现阶段国家在大力推广智能电网建设,对电能表的要求大幅提高,开关电源将逐步取代变压器在电能表上面的应用。

  反转式串联开关电源

  反转式串联开关电源与一般串联式开关电源的区别是,这种反转式串联开关电源输出的电压是负电压,正好与一般串联式开关电源输出的正电压极性相反;并且由于储能电感L只在开关K关断时才向负载输出电流,因此,在相同条件下,反转式串联开关电源输出的电流比串联式开关电源输出的电流小一倍。

  开关电源的主要参数:

  开关电源的性能指标可分为输入、输出、保护、显示和指示功能、系统功能、电气绝缘和电磁兼容等:

  1.开关电源的电气性能指标。

  ①输入特性:输入电压类型及电压范围,电网频率,谐波失真。

  输入部分包含的一般参数主要有:输入电压范围,输入电流,输入频率,待机功耗,冲击电流,启动电流,PF值等等。

  输入电压,电源是电能转换的装置,既然提到转换,那说提供的电也是多种多样的。如我国的市电是220V 50HZ的交流电,有些国家使用的是110V 60HZ的交流电,如汽车上使用的是蓄电池,蓄电池的电压也多种多样,12V 24V 36V等等,地铁上使用的又是110V的直流电,通信上又使用-48V等等等等。

  按照一般的划分,电源的输入可大致分为直流输入和交流输入,这就造成了电源输入的多种多样。我们生活中能见到的电源的铭牌都会标注一个输入电压范围:如部分标识为 输入 100-240VAC,就是说,这个是兼容110VAC和220VAC两种电压。有的时候这种电源上会有一个小开关,波过来是使用110VA交流电,拨过去又使用220VAC交流电,这个开关是不能波动错误的,原因请看图:

  开关电源的主要用途、分类及其参数

  图上的开关S,起到双电压切换的功能,它的功能就是在110VAC输入时,它通过开关使电压翻倍,达到主功率部分的DC电压在设计时的正常工作电压,这样电源工作就正常了。当在220VAC输入时,开关断开,这时的电压也是满足设计时DC高压部分的工作电压的。如果在220VAC输入时,我们把开关闭合,这样电压翻倍,DC高压部分的电压会高出设计的两倍,这样电源就会损坏。这样做的目的就是为了兼容110VAC和220VAC两种电压,成本还较低。缺点就是更换使用地域时必须确认输入电压是多少,不能切换错误。

  对于那种没有电压切换开关的,铭牌上还标识着输入电压:100VAC-240VAC的,这是自适应的电源,不用人工干预的。

  还有就是电源在进行出厂测试时,测试的输入电压都会比铭牌标识的宽,一般标识100VAC-240VAC的,会测试的范围为85-265或者90-264,当然测试频率也会比铭牌上标识的50-60HZ宽一些,为:47-63(最多)或者47-440(较少)。

  有的铭牌上标识着输入:110VAC或者220VAC,这就是单一为某个国家或地区定制电源,是不能交换使用的,一点不按铭牌规定使用,轻则电源不工作,重则电源损坏造成损失。标识为110VAC的,一般测试范围为85-165VAC,标识为220VAC的,测试范围一般为175-265VAC。

  ②输出特性:额定输出电压,额定输出电流,稳压精度(电压调整率和负载调整率),瞬态响应,输出纹波电压及纹波电流,输出噪声电压。

  输出部分主要包括:输出电压及输出电压的精度,额定输出电流,负载效应,源效应,启动延迟时间,关机保持时间,开机过冲电压,输出纹波及噪声,容性负载能力,动态响应(过冲幅度及恢复时间),效率等。

  电源设备的直流输入电流是有要求,像我们常见的手机直冲,座充,傻充,电脑电源,笔记本适配器,MP3充电器等等等等,都会标注一个输入电流,那么我们怎么理解这个值呢?

  (1)我们先看下直流输入的电源,它所标注的电流值是个什么概念。

  说到直流电源,它也会有个直流电压输入范围,如车用充电器为了兼容大部分车辆,都会做成9-36V的宽范围输入电压,这样,12V的电池组还是24V的电池组都可以适用这个充电器了。它上面标注的电流首先应满足额定功率输出,最低输入(在这里指9V输入电压)下的输入电流的有效值,这时,用额定输出功率除以此时的效率在除以输入电压的值就是此时输入电流的有效值。当然,铭牌上标注的值肯定会比这个值大得多,这又是为什么呢?

  开关电源的主要用途、分类及其参数

  我们看看电源的输入端,有个较大的电容C2,在通电之前,这个电容是没有电压的,通电后,电容在瞬间相当于短路状态,这一瞬间的电流就是冲击电流,通常会有输入电流的好几倍或几十倍。为了抑制这一状态,有在输入部分增加负温度系数的热敏电阻做为抑制浪涌电流的方法,也有其他电路的。各有优缺点。

  除了电容方面的原因,还有压敏电阻以及瞬态吸收二极管等元件,这些元件在与吸收浪涌电压的同时,会产生较大的电流:

  开关电源的主要用途、分类及其参数

  此图虽然是现实输入电压是交流电,与直流电的效果是相同的。

  吸收时产生的电流状况如下:

  开关电源的主要用途、分类及其参数

  这个电流值也会体现在输入电流中。

  除以上几点,还有就是启动电流:启动电流,顾名思义,就是电源在启动输出时,产生的输入电流。我们可以想象一下,电源在通电的瞬间,是没有输出的。因为你通电了,控制电路开始工作后,输出才一点一点的建立,在这个建立的过程中,如果没有软启动电路,那控制电路就会以最高速度建立输出,知道输出正常,才达到一个平衡状态。就是这个建立的过程,也会产生很大的启动电流。如果软起电路做的OK,那启动电流就会很小,甚至比稳定后的电流还小。

  (2):交流输入电源铭牌上所标的输入电流

  交流输入电源铭牌上所标的输入电流,与直流情况有些区别。它还要考虑到另外一个输入参数:PF值。PF指的是输入功率因数。在没有功率因数校正的情况下,波形如下

  开关电源的主要用途、分类及其参数

  在功率因数校正后,波形如下:

  开关电源的主要用途、分类及其参数

  我们明显可以看出,在第一张图中,电压电流不同相位,这样会使无功功率增大,输入的电流也会增大。而校正后的电压电流相位基本相同,输入的电流也会相对小一些。这也是我们按照电源铭牌上标识的参数计算得出的输入电流比铭牌上标识的要小的多的原因之一。

  综合上面的说明,就可以知道了输入电流这个参数主要由那些因素决定了。这样我们在选择保险管的时候,就会在多考虑一些,是不是满足最低电压输入,最高功率输出所简单计算出来的电流值了。

  ③电气绝缘。开关电源的电气绝缘是安全指标中的重要内容,出厂的开关电源必须经过电气绝缘试验,才能够投入市场使用。交流输入端对直流输出端的电气绝缘测试、漏电流测试。

  ④控制方式及控制功能:电压型控制方式,电流型控制方式,外部关断功能,远程遥控功能,数控功能。

  ⑤保护功能:开关电源必须有完善的保护措施,常有的保护是过流保护、短路保护、过压保护、放反接的极性保护和过热保护等。必要时还可增加输入、输出电压及电流监视器,保护继电器,报警器,自动/手动复位电路等。有条件的还应对样机进行电磁兼容性试验。

  2.机械性能指标。体积、重量等。

  3.环境工作条件。环境温度、存储温度、相对湿度、高度、散热条件(自然冷却、风扇冷却)等。

  4.可靠性指标。可靠性指标通常用平均故障间隔时间(Mean TIme Between Failures,MTBF)来表示。MTBF一般应大于100000小时。  开关电源中的输入、输出、保护、电气绝缘和电磁兼容是电源的基本要求,显示和指示功能、系统功能是通信的特殊要求。在一般电源规范中,还有电源工作的环境条件、结构尺寸和质量等,由此决定电源的冷却和结构设计以及元器件的选择。电源设计者必须充分研究以上条件,设计过程自始至终贯彻技术规范,并且充分考虑研制的开关电源的生产成本和制造方法,所设计的开关电源才能获得成功。因此,产品设计不同于理论研究,这里电路先进是远远不够的。产品应当采用成熟的先进电路技术,最低的生产成本,包括器件、制造、结构、劳动力、设备等,直至维护成本,同时要达到最高的可靠性。这样的产品才能够生存。

  5.成本指标:在保证性能指标的前提下,应尽量降低开关电源的成本以提高其性价比,为实现商品化创造条件。

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