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開關電源介紹與優點介紹

鉅大LARGE  |  點擊量:1000次  |  2020年05月23日  

正在尋找可以將功率從AC或DC轉換為一個或多個DC級別的電源?那么您需要一個開關模式電源。以下是其工作原理。

通常稱為“轉換開關”,這些設備每秒數次打開和關閉其電源。這種開關操作產生一個有效的輸入頻率,并且通常達到兆赫范圍。

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什么是“開關模式”?

開關電源中的“開關”其實是一個半導體(一個要么關閉要么打開的MOSFET),該半導體被驅動進入飽和范圍,在幾乎零電阻下轉換功率。它每秒做幾千次這種轉換,產生高頻AC介質。由于該半導體已被驅動進入飽和,所以它幾乎沒有任何阻力,實現了高效率和極少的熱量生成。另一方面,還有一種線性電源,它之所以得名,是因為其整流器在線性范圍內工作。這意味著,當它們傳導功率時,要抵抗電阻傳導,過程中必不可少伴隨有功率浪費和熱量產生。

無論該半導體在什么頻率下開關,兩次“開”脈沖開始間隔的時間都被定義為開關周期。“開”時間占開關周期的一小部分,稱為工作周期。通過改變工作周期,可以控制輸出電壓。改變“thefly”上的工作周期可保持目標電壓。

開關電源(SMPS)有哪些優點?

高效率–產生熱量很少。低功耗元器件通常不需要隔熱罩,這意味著可以直接將它們安裝在PCB上。

緊湊外形–由于轉換開關在較高的頻率下工作,所以其與濾波電容器和電感器相關的值和大小將減小,整個元器件將占用更少的空間。

多功能設計–根據應用的要求,可以將轉換開關設計為升壓(Boost)或降壓(Buck)。

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開關模式電源設計

術語

通常用全磚、半磚和四分之一磚這種術語來描述轉換開關。全磚的尺寸為4.6x2.4x0.5,半磚為2.3x2.4x0.35,四分之一磚為2.3x1.45x0.35,均以英寸為單位。這些定義雖然被廣泛接受,但未得到一致遵守。規范還包括引腳。所以當使用符合標準的轉換開關時,如果設計人員需要或選擇替換產品,就很容易做到。更新型號的四分之一磚電源可以提供250瓦特和更高的電功率。相比之前功率需要的空間量,這可謂一大進步,騰出的空間可用來在產品設計中包括更多的功能。

構建

描述轉換開關物理學的方程式看似簡單。處理安培(跟大多數電氣工程師通常處理微安時相反)的現實情況會導致延遲,增加費用,甚至產品徹底出現故障。所以,轉換開關設計最好還是留給電源專家去做,即,這種情況下買總比自己去構建要強。

工程師在設計開關電源時有兩個主要選擇。第一個是單一電源,為需要供電的系統生成所需的所有電壓。第二個涉及到一個與外部AC連接的元器件,但只有一個DC輸出,通常為12、24或48伏。在此情形下,主電源產生的電壓最高,即是需要的電壓。如果系統中某處需要一個較低的電壓,則可利用buck轉換器來完成所需的DC到DC向下轉換。

buck轉換器極其高效,功率損失只有5%,甚至更低。它們有時也被描述為開關穩壓器。buck轉換器在某種意義上類似所有轉換開關,其中心是一個半導體開關,每秒數千次或更多次地開關源電壓。

由于其設計上的優勢,開關電源已迅速成為除最嚴格技術性應用之外所有應用的標準。設計工作一直在向更高效、小型、輕量的方向不斷邁進。


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