开关电源：开关电源详细介绍
2021-01-22 15:19
开关电源是什么？
开关模式电源（Switch Mode Power Supply，简称SMPS），又称交换式电源、开关变换器，是一种高频化电能转换装置，是电源供应器的一种。
开关电源作用：
是将一个位准的电压，透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。开关电源的输入多半是交流电源（例如市电）或是直流电源，而输出多半是需要直流电源的设备，例如个人电脑，而开关电源就进行两者之间电压及电流的转换。
开关电源的类型：
1. 按输入与输出的类别可以分为：交流转直流开关电源（AC-DC）、直流转交流逆变器（DC-AC）、直流转直流转换器（DC-DC）
2. 按电路的输出稳压控制方式分类：
开关电源可分为脉冲宽度调制(PWM)式、 脉冲频率调制(PFM)式和脉冲调频调宽式三种。
3. 按开关电源的触发方式分类：
1) 自激式开关电源
自激式开关电源利用电源电路中的开关晶体管和高频脉冲变压器构成正反馈环路，来完成自激振荡，使开关电源输出直流电压。在显示设备的PWM式开关电源中，自激振荡频率同步于行频脉冲，即使在行扫描电路发生故障时，电源电路仍能维持自激振荡而有直流输出电压。
2) 它激式开关电源
它激式开关电源必须有一个振荡器，用以产生开关脉冲来控制开关管，使开关电源工作，输出直流电压。
开关电源各种类型
常用开关电源输出电压：5V开关电源、12v开关电源、15v开关电源、24v开关电源、36v开关电源、48v开关电源
开关电源与传统电源的区别：
可以参考这篇文章 什么是开关式电源、线性电源_开关电源与传统的线性电源有什么区别
开关电源基本结构：
开关电源基本结构
1. 主电路
交流电进入电源首先经过整流和滤波转变为高压直流 电，再经过开关电路和高频开关变压器转为高频率低压脉 冲，然后再经过整流和滤波电路，最后输出低电压的直流电源。
2. 控制和反馈回路
给开关器件输入给定开关信号，使开关器件的打开和关 闭，从而达到能量传输的目的。并且根据采样和反馈回路采 集输出，形成负反馈的闭环回路，达到使开关电源稳定输出的目的。
3. 保护电路
当开关电源工作异常时，可以限制电流或者关断电源 等，以达到保护电源负载的目的。 保护类型主要包括欠压电压保护、过电压保护以及过电 流保护和过热保护等。
开关电源的特点：
(1) 效率高
开关电源的功率开关调整管工作在开关状态，所以调整管的功耗小，效率高，一般在80%～90%，高的可达90%以上。
(2) 重量轻
由于开关电源省掉了笨重的电源变压器，节省了大量的漆包线和硅钢片，从而使其重量只有同容量线性电源的1/5，体积也大大缩小了。
(3) 稳压范围宽
开关电源的交流输入电压在90~270 V内变化时，输出电压的变化在±2%以下。合理设计开关电源电路，还可使稳压范围更宽，并保证开关电源的高效率。
(4) 安全可靠
在开关电源中，由于可以方便地设置各种形式的保护电路，因此当电源负载出现故障时，能自动切断电源，保障其功能可靠。
(5) 功耗小 稳定性强
由于开关电源的工作频率高，一般在20 kHz以上，因此滤波元件的数值可以大大减小，从而减小功耗；特别是，由于功率开关管工作在开关状态，损耗小，不需要采用大面积散热器，电源温升低，周围元件不致因长期工作在高温环境而损坏，因此采用开关电源可以提高整机的可靠性和稳定性。
开关电源的主要技术指标：
(1) 输入电压变化范围：当稳压电源的输入电压发生变化时，使输出电压保持不变的输入电压变化范围。这个范围越宽，表示电源适应外界电压变化的能力越强，电源使用范围就越宽。它和电源的误差放大、 反馈调节电路的增益以及占空比调节范围有关。目前开关电源的输入电压变化范围已做到90~270 V，可以省去许多电器中的110 V/220 V转换开关。
(2) 输出内阻Ro：输出电压的变化量ΔUo与输出电流的变化量ΔIo的比值。这个比值越小，表示电源输出电压随负载电流的变化越小，稳压性能越好。
(3) 效率η：电源输出功率Po与输入功率Pi的比值。这个比值越高，开关电源的体积越小，同时可靠性也越高。目前开关电源的效率可达到90％以上。
(4) 输出纹波电压：由于开关电源的稳压过程是一个不断反馈调节的过程，因此在输出的直流电压Uo上会出现一个叠加的波动的纹波电压，即输出纹波电压。这个电压值越小，表示电源的输出性能越好。这个参数的表示有两种方法：一是输出纹波电压有效值；二是输出纹波电压的峰峰值Upp。
(5) 输出电压调节范围：由于电源的输出电压只和基准电压与输出取样电路的元器件参数有关，因此，输出电压调节范围反映在线性电源上是稳压调整管集电极电流的变化范围，反映在开关电源上是开关调整管脉冲占空比D的变化范围。
(6) 输出电压稳定性：输出电压随负载变化而变化的特性，这个变化量越小越好。它主要和反馈调节回路的增益及频响特性有关。反馈调节回路增益越高，基准电压UE越稳定，输出电压Uo的稳定性就越好。
(7) 输出功率Po：电源能输出给负载的最大功率，它和负载功率有关。为了保证电源安全，要求输出功率有20％～50％的裕量。
开关电源应用领域：
目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于各种终端设备、通信设备、安防通信、轨道交通、新能源、电力、生物医疗、智能家居、环保设备、LED照明以及景观亮化等。
上一个：
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