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    開關電源各種電力技術及運行原理的介紹
    時間:2021-05-20 08:46:21 點擊次數:16

    隨著科學技術快速發展,各種電力電子設備與人們的工作、生活的關系日益親近,而電子設備都離不開可靠開關電源,因而直流開關電源開始發揮著越來越重要的效果,并相繼進入各種電子、電器設備范疇,程控交換機、通訊、電子檢測設備電源、操控設備電源等都已廣泛地應用開關電源。同時隨著許多高新技術,包含高頻開關技術、軟開關技術、功率因數校正技術、同步整流技術、智能化技術、表面安裝技術技術的開展,開關電源在不斷地創新,這為直流開關電源提供了廣泛的開展空間.為了保護開關電源自身和負載的安全,依據了直流開關電源的原理和特色,設計了過熱保護、過電流保護、過電壓保護以及軟啟動保護電路。

     

    1電力技術概述

    電子技術以功率處理為對象,以為輸送高功率用電和高品質用電為目標,經過選用電力半導體器材,并綜合主動操控計算機技術和電磁技術,完成電能的獲取、傳輸、改換和使用。電子技術包含功率半導體器材與IC技術、功率改換技術及操控技術等幾個方面。

    電子技術起始于20世紀50時代末60時代初的硅整流器材,其展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電子技術在許多新范疇的運用。70時代后期以門極可關斷晶閘管,電力雙極型晶體管,電力場效應管為代表的全控型器材全速開展,使電子技術的相貌煥然一新進入了新的開展階段。80時代晚期和90時代初期開展起來的、以絕緣柵極雙極型晶體管為代表的復合型器材集驅動功率小,開關速度快,通過壓降,載流性能大于一身,功能優越使之成為現代電子技術的主導器材。

    2.開關電源的原理及特色

    2.1作業原理

    直流開關電源由輸入部分、功率轉化部分、輸出部分、操控部分組成。功率轉化部分是開關電源的核心,它對非安穩直流進行高頻斬波并完成輸出所需要的改換功用。它主要由開關三極管和高頻變壓器組成。

    2.2特色

    為了符合用戶的需求,國內外各大開關電源制造商都致力于同步開發新式高智能化的元器材,特別是經過改進二次整流器材的損耗,并在功率鐵氧體材質上加大科技創新,以進步在高頻率和較大磁通密度下取得高的磁功能,一起SMT技術的運用使得開關電源取得了長足的發展,在電路板兩面布置元器材,以保證開關電源的輕、小、薄。因而直流開關電源的開展趨勢是高頻、高穩定、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。

    3.直流開關電源的保護

    依據直流開關電源的特色和實踐的電氣狀況,為使直流開關電源在惡劣環境及突發故障狀況下安全穩定地作業,本文依據不同的狀況設計了多種保護電路。

    3.1過電流保護電路

    在直流開關電源電路中,為了保護調整管在電路短路、電流增大時不被焚毀。其根本辦法是,當輸出電流超過某一值時,調整管處于反向偏置狀況,從而截止,主動切斷電路電流。當出現負載短路,過載或許操控電路失效等意外狀況時,會引起流過穩壓器中開關三極管的電流過大,使管子功耗增大,發熱,若沒有過流保護設備,大功率開關三極管就有或許損壞。故而在開關穩壓器中過電流保護是常用的,最經濟簡潔的辦法是用保險絲。因為晶體管的熱容量小,一般保險絲一般不能起到保護效果,常用的是快速熔斷保險絲,這種辦法具有保護簡單的長處。

    3.2過電壓保護電路

    直流開關電源中開關穩壓器的過電壓保護包含輸入過電壓保護和輸出過電壓保護。如果開關穩壓器所運用的未穩壓直流電源的電壓如果過高,將導致開關穩壓器不能正常作業,乃至損壞內部器材,因而開關電源中有必要運用輸入過電壓保護電路。選用集成電路電壓比較器來檢測開關穩壓器的輸出電壓,是現在較為常用的辦法,使用比較器的輸出狀況的改動跟相應的邏輯電路配合,構成過電壓保護電路,這種電路既靈敏又安穩。

    3.3軟啟動保護電路

    開關穩壓電源的電路比較復雜,開關穩壓器的輸入端一般接有小電感、大電容的輸入濾波器。在開機瞬間,濾波電容器會流過很大的浪涌電流,這個浪涌電流可以為正常輸入電流的數倍。這樣大的浪涌電流會使一般電源開關的觸點或繼電器的觸點熔化,并使輸入保險絲熔斷。別的,浪涌電流也會損害電容器,使之壽數縮短,過早損壞。為此,開機時應該接入一個限流電阻,經過這個限流電阻來對電容器充電。為了不使該限流電阻消耗過多的功率,以致影響開關穩壓器的正常作業,而在開機暫態過程結束后,用一個繼電器主動短接它,使直流電源直接對開關穩壓器供電,這種電路稱之謂直流開關電源的“軟啟動”電路。

    3.4過熱保護電路

    直流開關電源中開關穩壓器的高集成化和輕量小體積,使其單位體積內的功率密度大大進步,因而如果電源設備內部的元器材對其作業環境溫度的要求沒有相應進步,必定會使電路功能變壞,元器材過早失效。因而在大功率直流開關電源中應該設過熱保護電路。選用溫度繼電器來檢測電源設備內部的溫度,當電源設備內部發生過熱時,溫度繼電器就動作,使整機告警電路處于告警狀況,完成對電源的過熱保護,亦可將溫度繼電器置于開關三極管的鄰近,一般大功率管允許的最高管殼溫度是75℃,調理溫度整定值為60℃。當管殼溫度超過允許值后繼電器就切斷電器,對開關管進行保護。

     

    開關電源的運用

    開關電源是應用現代電子技術,操控功率半導體器材注冊和關斷的時間比率,保持安穩輸出電壓的一種電源。與線性穩壓電源相比,開關電源具有體積小、功率高、重量輕等一系列長處,在各種電子設備中得到廣泛的運用。

    1開關電源的分類

    依據分類的準則不同,開關電源有很多種分類辦法:

    1)依據輸入輸出類型,可分為DC/DC改換器和AC/DC改換器。

    2)依據驅動方式,可分為自勵式和他勵式。

    3)依據操控方式,可分為脈沖寬度調制式、脈沖頻率調制式、PWMPFM混合式。

    4)依據電路組成,可分為諧振型和非諧振型。

    此外還可分為單端正激式和反激式、推挽式、半橋式、全橋式、降壓式、升壓式和升降壓式等等。

    2開關電源的開展趨勢

    高頻、高穩定、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化是開關電源的開展趨勢?,F在市場上的開關電源中選用雙極性晶體管制成的100kHz、用MOS-FET制成的500kHz電源,其頻率有待進一步進步。進步開關頻率,需要有高速開關元器材。一起為了保證功率,要削減開關損耗。開關速度進步后,會受電路中分布電感和電容或二極管中存儲電荷的影響而發生浪涌或噪聲。為了操控浪涌,針對不同的狀況,可選用R-CL-C緩沖器、非晶態等磁芯制成的磁緩沖器、諧振式開關。諧振式開關在操控浪涌的一起還可將可開關損耗。

    穩定性方面,開關電源生產商經過降低運行電流,降低結溫等措施以削減器材的應力,使得產品的穩定性大大進步。若獨自追求高頻化,必將導致噪聲增大。理論上,選用部分諧振轉化電路技術,可完成高頻化又可降低噪聲。但在這實用化方面存在著技術問題,因而在此范疇仍須進行很多研究作業。

    綜上所述,文中主要討論了直流開關電源內部器材的各種保護方式,對一個給定的直流開關電源來說,保護電路是否完善并按預訂設置作業,對電源設備的安全性和穩定性至關重要。因為開關電源的保護方案和電路結構具有多樣性,所以對具體電源設備而言,應挑選合理的保護方案和電路結構。在實踐運用中,一般選用幾種保護方式加以組合的方式構成完善的保護系統,保證直流開關電源的正常作業。

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