發布時間:2024-12-28
隨著電力電子技術的發展和創新,開關電源(以下簡稱-SMPS)技術也在不斷創新。目前,SMPS由于體積小、重量輕、效率高,被廣泛應用于幾乎所有的電子設備中。是電子信息產業快速發展不可或缺的供電方式。SMPS是一種利用現代電力電子技術控制開關的時間比以維持輸出電壓穩定的電源。SMPS一般由脈寬調制控制IC和MOSFET組成。SMPS是相對于線性電源。它的輸入端直接將交流電整流成直流電,然后在高頻振蕩電路的作用下,用開關控制電流的通斷,形成高頻脈沖電流。在電感的幫助下,它可以輸出穩定的低壓DC。
SMPS一般由脈寬調制控制IC和MOSFET組成。隨著電力電子技術的發展和創新,SMPS以其體積小、重量輕、效率高的特點被廣泛應用于幾乎所有的電子設備中,其重要性可見一斑。
根據電路中開關器件的連接方式,SMPS一般可分為串聯SMPS、并聯SMPS、變壓器SMPS三類。其中變壓器類型SMPS又可進一步分為推挽式、半橋式、全橋式。根據變壓器勵磁和輸出電壓的相位,可分為正激式、反激式、單激式和雙激式。
那么,SMPS和普通電源有什么區別呢?邊肖用例子給出了下面的討論。
普通電源一般指線性電源,即調節管工作在線性狀態下的電源。但是,在SMPS,就不一樣了。開關管工作在兩種狀態:導通電阻很小,關斷電阻很大。SMPS是比較新的電源,具有效率高、重量輕、升壓降壓、輸出功率大的優點。但由于電路工作在開關狀態,噪聲比較大。
以buck SMPS為例。其工作原理是電路由開關、續流二極管、儲能電感、濾波電容等組成。當開關閉合時,電源通過開關和電感向負載供電,并將部分電能儲存在電感和電容中。由于電感的自感,開關導通后電流緩慢增加,即輸出不能馬上達到電源電壓。一定時間后,開關斷開,電路中的電流會由于電感的自感而保持不變,即繼續從左向右流動。這個電流流過負載,從地返回,流到續流二極管的陽極,經過二極管,回到電感的左端,這樣就形成了一個回路。可以通過控制開關的閉合和斷開時間來控制輸出電壓。如果通過檢測輸出電壓來控制開關時間,使輸出電壓保持不變,就達到了穩壓的目的。
普通電源和SMPS有相同的穩壓器,利用反饋原理穩定電壓。不同的是SMPS采用開關管調節,普通電源一般采用三極管的線性放大區調節。相比較而言,SMPS能耗低,交流電壓適用范圍廣,輸出DC紋波系數更好,缺點是開關脈沖干擾。
普通半橋SMPS的主要工作原理是上橋和下橋的開關管交替導通。首先電流通過上橋的開關管流入,利用電感線圈的儲能功能將電能聚集在線圈中。最后,上橋開關管關斷,下橋開關管導通,電感線圈和電容持續向外供電。然后關斷下橋的開關管,再導通上橋讓電流進入,如此反復。因為兩個開關管要輪流開通和關斷,所以叫SMPS。線性電源則不同。因為沒有開關干預,供水管一直在排水,多了就漏出來了。這就是為什么我們經常看到一些線性電源的調節管會產生大量的熱量,將取之不盡的電能全部轉化為熱能。從這個角度來看,線性電源的轉換效率很低,發熱量高的時候,元器件的壽命勢必會降低,從而影響最終的使用效果。
但是SMPS和普通電源的主要區別在于工作模式不同。線性電源的功率調節器始終工作在放大區,流過其中的電流是連續的。由于調節管上的功率損耗較大,因此需要較大的功率調節管,并配備大體積的散熱器。發熱劇烈,效率很低,一般40% ~ 60%。線性電源的工作模式使得需要有一個電壓調節器來實現從高壓到低壓的變化。一般是變壓器,還有其他電源像KX,整流后輸出DC電壓。這樣體積大,笨重,效率低,發熱量大;但它也有優點,紋波小,調整率好,外部干擾小,適用于模擬電路或各種放大器。而SMPS its功率器件工作在通斷狀態,調壓時通過電感暫時存儲能量,因此其損耗小,效率高,對散熱要求低,但對變壓器和儲能電感也有較高要求,應采用低損耗、高磁導率的材料。它的transformer是一個小字。總效率80% ~ 98%,SMPS效率高但體積小,但與線性電源相比,其紋波、電壓和電流調節率都有一定的折扣。