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线性直流电源与开关电源的区别

线性直流电源与开关电源的区别

发布时间:2012-07-18 点击:

摘要:

 

关于电路结构,究竟是线性电源还是开关电源,要看具体场合,合理采用。这两种电路,国际国内都大量使用,各有各的特点。线性电源以其精度高,性能优越而被广泛应用。开关电源因省去了笨重的工频变压器而使体积和重量都有不同程度的减少,减轻,也被广泛地应用在许多输出电压、输出电流较为稳定的场合。

一、线性电源

线性电源的主电路如下:

       

通俗的说,可控硅是一个控制电压的器件,由于可控硅的导通角是可以用电路来控制的,固此随着输出电压Uo的大小变化,可控硅的导通角也随着变化。加在主变压器初级的电压Ui也随之变化。

             

也就是~220V市电经可控硅控制后只有一部分加在主变压器的初级。当输出电压Uo较高时,可控硅导通角较大,大部分市电电压被可控硅“放过来了”(如上图所示),因而加在变压器初级的电压,即Ui较高,这当然经整流滤波后输出电压也就比较高了。

而当输出电压Uo很低时,可控硅导通角很小,绝大部分市电电压被可控硅“卡断了”(如下图所示),只让很低的电压加在变压器初级,即Ui很低,这当然经整流滤波后输出电压也就很低了。

              

实际上在可控硅电源的输出端再串一只大功率三极管(实际是多只并联)就是线性电源,控制电路只要输出一个小电流到三极管的基极, 就能控制三极管的输出大电流,使得电源系统在可控硅电源的基础上又稳压一次,因而这种线性稳压电源的稳压性能要优于开关电源1-3个数量级。

二、开关电源

开关电源的主电路如下:

        

由电路可以看出,市电经整流滤波后变为311V高压,经K1~K4功率开关管有序工作后,变为脉冲信号加至高频变压器的初级,脉冲的高度始终为311V。当K1,K4开通时,311V高压电流经K1正向流入主变压器初级,经K4流出,在变压器初级形成一个正向脉冲,同理,当K2,K3开通时,311V高压电流经K3反向流入主变压器初级,经K2流出,在变压器初级形成一个反向脉冲。这样,在变压器次级就形成一系列正反向脉冲,经整流滤波后形成直流电压。当输出电压Uo较高时,脉冲宽度就宽,当输出电压Uo较低时,脉冲宽度就窄,因此开关管实际上是一个控制脉冲宽窄的装置。

目前制作开关电源所采用的各种PWM集成芯片,主要是从输出电压变化范围小,输出电流较为稳定的角度来设计的。

但所谓PWM芯片,是一种脉宽调制器,当输出电压较高,输出电流较大时,电源内部的开关管开通时间较长而关断时间较短:

       

而当输出功率较小时,脉冲宽度就较窄:

      

但这种脉冲宽度不是可以无限制的变窄的,脉冲宽度的变化范围,即调节范围仅是10%—90%。这一特点决定了这种PWM芯片,并不适用于一个从0电压起调的所谓连续可调的电源。例如一台500V5A的开关电源,当它输出达500V5A时,控制脉冲最宽,形如:

      

而当输出电压降至50V5A时,控制脉冲的宽度降到最宽脉冲的10%, 形如:

        

这已降到最窄了。

如果输出电压电流继续下降,要求控制脉冲继续变窄,但PWM电路已无法满足,这时电路变为间歇工作,形如:

      

脉冲时有时无,一阵一阵的,电源内会发出噪音,纹波等也会变大,电性能变差,所谓“低端不稳定”,事实上已经成为不合格品。为了解决这一问题,我公司采取新的技术措施,才能较好地解决(不再详述)。

三、线性电源与开关电源的比较

1线性电源精度好(优于开关电源1—3个数量级),纹波小,调整率好,对外干扰小,适用多种场合。

2、线性电源功率器件工作在线性状态,因此损耗相对开关电源较高一点,效率上开关电源好一些。

3、开关电源的尺寸相比线性电源要小但是开关电源有污染电网和幅射干扰的问题。

4、开关电源不适宜用做在输出高电压大电流时0电压起调的连续可调的场合,但适用于固定输出或相对固定输出对辐射干扰没有太大要求的场合。

5、维修上线性电源相对便于维修。而开关电源由于元件密集,给维修带来一定难度。另外,由于电路与线性电源截然不同,维修人员的技术素质要求较高,要用示波器才能观察到电路各点的工作状态。

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