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一、開關電源
開關電源不同于線性電源,開關電源利用的切換晶體管多半是在全開模式(飽和區(qū))及全閉模式(截止區(qū))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(jié)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(wěn)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(qū),本身也會消耗電能。開關電源的高轉換效率是其一大優(yōu)點,而且因為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。不過開關電源比較復雜,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。
開關電源的前身是線性穩(wěn)壓電源。在開關電源出現之前,許多控制設備的工作電源都采用線性穩(wěn)壓電源。由于計算機等電子裝置的集成度不斷增加,功能越來越強,他們的體積卻越來越小,因此迫切需要體積小、重量輕、效率高、性能好的新型電源,這就成了開關電源技術發(fā)展的強大動力。
二、開關電源種類和應用方向
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。這里主要介紹的只是直流開關電源,其功能是將電能質量較差的原生態(tài)電源(粗電),如市電電源或蓄電池電源,轉換成滿足設備要求的質量較高的直流電壓(精電)。
直流開關電源的核心是DC/DC轉換器。因此直流開關電源的分類是依賴DC/DC轉換器分類的。也就是說,直流開關電源的分類與DC/DC轉換器的分類是基本相同的,DC/DC轉換器的分類基本上就是直流開關電源的分類。
開關電源是利用現代電力電子技術,控制開關晶體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制(PWM)控制IC和開關器件(MOSFET、BJT等)構成開關電源高頻化是其發(fā)展的方向,高頻化使開關電源小型化,并使開關電源進入更廣泛的應用領域,特別是在高新技術領域的應用,推動了高新技術產品的小型化、輕便化。
另外開關電源的發(fā)展與應用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。特別是在高新技術領域的應用,推動了開關電源的發(fā)展前進,每年以超過兩位數字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。
開關電源和線性電源相比,二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長,但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上,反而高于開關電源。隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新,使得開關電源技術在不斷地創(chuàng)新,這一成本反轉點日益向低輸出電力端移動,這為開關電源提供了廣泛的發(fā)展空間。開關電源高頻化是其發(fā)展的方向。
三、開關電源電容作用
在開關電源中作為輸出濾波所用的電解電容器,它上鋸齒波電壓的頻率可以高達數十千赫,甚至數十兆赫,而它的要求及低頻應用時不同,電容量并不是主要的指標,要衡量它好壞的則是它的阻抗一頻率特性,同時,對于開關電源的內部,由于半導體器件開始工作所產生的高達數百千赫的尖峰噪聲,也可以有良好的濾波作用。
因為開關電源中四端電容它具有很良好的高頻特性,也為了減小輸出電壓的脈動分量及抑制開關尖峰噪聲提供了非常有利的手段。
開關電源的高頻鋁電解電容器它還有多芯的形式,它可以把鋁箔分成較短的若干小段,然后用多引出片并聯連接以此來減小容抗中的電阻成份,同時,采取低電阻率的材料并且用螺桿作為引出的端子,以此增強開關電源的電容器承受大電流的能力。
開關電源的疊片電容同樣也被稱為無感電容,一般的電解電容器的芯子都會被卷成圓柱形,等效串聯電感較大;而開關電源疊片電容的結構與書本相仿,會因為流過電流所產生的磁通方向相反而導致抵消,所以降低了開關電源電感的數值,使它具有更加優(yōu)良的高頻特性,這種電容一般會被做成方形,還可以適當的減小體積。
除此之外,還有一種可以把四端及疊片相結合的四端疊片式高頻電解電容器,它充分綜合了兩者的優(yōu)點,高頻的特性更佳。
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