开关电源的我们需要了解的十大知识

开关电源的我们需要了解的十大知识


　　一.定义
　　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(PWM),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和功率管(通常为BJT,MOS或者IGBT,我也见过用SCR的逆变器)构成。开关电源的一个最重要特征就是功率管工作在
　　截至和饱和两种状态而不是放大状态.开关电源的核心是DC-DC变换.




　　二.历史
　　开关电源起源于20世纪80年代,当时最早的开关电源是应用于计算机电源.90年代各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检
　　测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源,更促进了开关电源技术的迅速发展。进入21世纪,开关电源算是真正进入了
　　我们大家的生活,看看你手上的各种手机和电池充电器吧,它们都是开关电源.此外,新型的LED照明也带动了高效小型化的开关电源的发
　　展.
　　三.优点
　　相对线形电源,开关电源具有体积小,重量轻,效率高,易模块化等特点.在输入输出电压差大或者输出电流大的情况下,效率高体现得非
　　常明显.
　　四.缺点
　　开关电源容易出现EMI(电磁干扰)问题,相对线形电源输出的文波噪声略大,内部复杂(绝大部分)不方便维修
　　五.分类
　　1.按震荡源分类
　　按震荡源可以把开关电源分成自激开关电源和它激开关电源.自激开关电源是靠变压器的反馈绕组的反馈信号控制功率管产生震荡,典
　　型电路有:电蚊拍,电警棍,部分简易手机充电器,小功率空气清新器等.它激开关电源则是靠外部IC产生震荡,推动功率管,典型电路有:
　　计算机电源,逆变器等.
　　2.按初次级电【1331 5114】系分
　　我们把初次级没有电【1331 5114】系(可以通过光藕或变压器等手段联系)的开关电源称为隔离的开关电源,其他的都是非隔离开关电源.
　　隔离开关电源在某些情况下是必须的,打个比方,如果IPhone手机充电器是非隔离的(输出端和市电有电【1331 5114】系),那将有可能导致用户在
　　充电时接触手机造成触电.
　　3.按拓扑结构分
　　开关电源的常用拓扑结构有:
　　A.Buck




　　Buck是一种非隔离的降压式开关电源拓扑,相比较使用磁心变压器的隔离开关电源拓扑来讲,效率高点.Buck的功率管使用P沟道场效应
　　管或者PNP三极管会驱动容易些(N沟道管有悬浮驱动问题).
　　B.Boost
　　Boost是一种非隔离的升压式开关电源拓扑,Boost的功率管一般使用N沟道场效应管或者NPN三极管,Boost一般不存在功率管驱动困难的
　　问题.上图是个典型的Boost拓扑,其最大升压倍数约10倍,如果超过十倍,其效率会急剧降低,此时请改用下面的拓扑:
　　C.半桥
　　半桥拓扑由两个功率管,两个电容和主变压器组成,变压器连接在功率管中点和电容中点之间,相对全桥,其优点是变压器初级只用承受
　　一般电源电压,因此可以使用较少的匝数.上臂管通常需要悬浮驱动.
　　D.全桥
　　全桥拓扑通常用于大功率的场合,比如电焊机.两个上臂管通常需要悬浮驱动.
　　E.推挽
　　推挽拓扑通常使用在输入电压较低时(48V以下),逆变器的前级几乎无一例外使用了推挽结构.
　　4.按功率管个数分(隔离式)
　　隔离式DC/DC转换器可以按有源功率器件的个数来分类。单管的DC/DC转换器有正激式和反激式两种。双管DC/DC转换器有双管正激式，
　　双管反激式、推挽式和半桥式四种。四管DC/DC转换器就是全桥DC/DC转换器。
　　5.按功率管工作状态分
　　按功率管工作状态分,可分为硬开关和软开关.软开关又可分为ZVS(零电压开关)和ZCS(零电流开关).软开关方式可以显著降低开关管的
　　损耗,从而有效提高效率.
　　六.未来




　　各种电器使用开关电源供电是必然的趋势.以后的开关电源将会朝着微型化,高效化,高频化,模块化的方向发展.
　　开关电源的原理： 开关电源主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、逆变器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路。
　　它们的功能是:
　　1.输入电网滤波器：消除来自电网，如电动机的启动、电器的开关、雷击等产生的干扰，同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散。
　　2.输入整流滤波器：将电网输入电压进行整流滤波，为变换器提供直流电压。
　　3.逆变器：是开关电源的关键部分。它把直流电压变换成高频交流电压，并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。
　　4.输出整流滤波器：将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压，同时还防止高频噪声对负载的干扰。
　　5.控制电路：检测输出直流电压，并将其与基准电压比较，进行放大。调制振荡器的脉冲宽度，从而控制变换器以保持输出电压的稳定。
　　6.保护电路：当开关电源发生过电压、过电流短路时，保护电路使开关电源停止工作以保护负载和电源本身。
　　开关电源是将交流电先整流成直流电，在将直流逆变成交流电，在整流输出成所需要的直流电压。这样开关电源省去下线性电源中的变压器，以及电压反馈电路。而开关电源中的逆变电路完全是数字调整，同样能达到非常高的调整精度。
　　开关电源的主要优点：体积小、重量轻(体积和重量只有线性电源的20～30%)、效率高(一般为60～70%，而线性电源只有30～40%)、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化。
　　开关电源的主要缺点：由于逆变电路中会产生高频电压，对周围设备有一定的干扰。需要良好的屏蔽及接地。别小看插座问题，设计得不合理，也会给你的生活带来诸多烦恼：小徐在每个房间都安装了电话插口，结果一个都用不上，这是浪费;没给空调电源插座安装开关，每逢换季都得攀高拔插座，这是麻烦;网友陌路家厨房插座不够用，每回烧水都要把电热水壶拿到客厅，这又是一种痛苦。
　　几位有经验的电工师傅和设计师，总结他们采用的几条安装插座原则，你会发现设置插座并非多多益善，而在于每个空间分别该安装什么样的。
　　卧室床头多做二插
　　二插是通俗的说法，就是两个插孔的插座，专业点的说法 开关电源 叫二极插座。同样的道理，三插指的是三个插孔的插座。
　　为什么床头要多做二插?回家看看你家台灯、落地灯的插头就知道了!这是一位设计师给出的回复。台灯和偶尔要在卧室用到的电器(比如数码类产品充电器)功率不会很大，大都是二极插头，多备二插肯定没错。“床头至少还得配一个二三插座(既有二极插口又有三极插口的插座面板)，很多小年轻不是喜欢在床上玩笔记本么。”这是麦丰装饰设计总监一线(网名)的提醒，他说差不多这成了年轻家庭卧室的标配。
　　所以，最好的解决方案是为卧室配几个带有两个两插和一个三插的七孔插座面板，既省空间又确保插座够用。
　　厨卫多做三插
　　如果你家厨房安装的大都是二三标准插座，你一定会发现三插使用频率远远高于二插，有些二插甚至可能从来没有被用到过，原因也很简单，厨房电器大都是三极插头。这是一位家庭主妇提供的经验。身边的同事和朋友帮忙验证了一下，果然，电烤箱、电冰箱、微波炉、电炖锅、电热水壶、电饭煲……我们能想到的厨房电器全都是三极插头。与其浪费空间给厨房装二三标准插座，还不如根据电器数量配足三插。
　　卫生间隔断的插座也差不多，洗衣机、智能马桶多为三极插头，多装几个三插才是上策。
　　给两类插座装开关
　　给插座安装开关，这是资深电工师傅的建议。他的理由是多数人出门都懒得拔电器插头，更不用说关上空气开关了，但很多家庭因短路发生的火灾、电器自燃恰恰就是因为电器长期插电。不用拔插头，只要按一下插座开关就能断电，对大家来说是既方便又能保证特灵中央空调配件家庭用电安全的手段。
　　带开关的品牌三插插座比不带开关的品牌插座贵了四五元，如果给所有插座都装开关，那也是一笔不小的开支。其实只有两类电器插座需要安装开关电源，一类是常用电器，比如微波炉、洗衣机、电视机，还有一类是插座比较高的电器，比如投影仪、空调、油烟机等;其他像给手机、相机充电准备的插座，一般人都会记得充好拔掉电源，就不用费这个钱了。