高頻開(kāi)關(guān)電源主要由主電路、開(kāi)關(guān)控制電路等組成:
第一節、主電路
從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過(guò)程,包括:
1、輸入濾波器:其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過(guò)濾,同時(shí)也阻礙本機產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。
2、整流與濾波:將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電,以供下一級變換。
3、逆變:將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電,這是高頻開(kāi)關(guān)電源的核心部分,頻率越高,體積、重量與輸出功率之比越小。
4、輸出整流與濾波:根據負載需要,提供穩定可靠的直流電源。
二、控制電路
一方面從輸出端取樣,經(jīng)與設定標準進(jìn)行比較,然后去控制逆變器,改變其頻率或脈寬,達到輸出穩定,另一方面,根據測試電路提供的資料,經(jīng)保護電路鑒別,提供控制電路對整機進(jìn)行各種保護措施。
三、檢測電路
除了提供保護電路中正在運行中各種參數外,還提供各種顯示儀表資料。
四、輔助電源
提供所有單一電路的不同要求電源。
第二節 開(kāi)關(guān)控制穩壓原理
開(kāi)關(guān)K以一定的時(shí)間間隔重復地接通和斷開(kāi),在開(kāi)關(guān)K接通時(shí),輸入電源E通過(guò)開(kāi)關(guān)K和濾波電路提供給負載RL,在整個(gè)開(kāi)關(guān)接通期間,電源E向負載提供能量;當開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)時(shí),輸入電源E便中斷了能量的提供?梢(jiàn),輸入電源向負載提供能量是斷續的,為使負載能得到連續的能量提供,開(kāi)關(guān)穩壓電源必須要有一套儲能裝置,在開(kāi)關(guān)接通時(shí)將一部份能量?jì)Υ嫫饋?lái),在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),向負載釋放。圖中,由電感L、電容C2和二極管D組成的電路,就具有這種功能。電感L用以?xún)Υ婺芰,在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),儲存在電感L中的能量通過(guò)二極管D釋放給負載,使負載得到連續而穩定的能量,因二極管D使負載電流連續不斷,所以稱(chēng)為續流二極管。在A(yíng)B間的電壓平均值EAB可用下式表示:
EAB=TON/T*E
式中TON為開(kāi)關(guān)每次接通的時(shí)間,T為開(kāi)關(guān)通斷的工作周期(即開(kāi)關(guān)接通時(shí)間TON和關(guān)斷時(shí)間TOFF之和)。
由式可知,改變開(kāi)關(guān)接通時(shí)間和工作周期的比例,AB間電壓的平均值也隨之改變,因此,隨著(zhù)負載及輸入電源電壓的變化自動(dòng)調整TON和T的比例便能使輸出電壓V0維持不變。改變接通時(shí)間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比,這種方法稱(chēng)為“時(shí)間比率控制”(Time Ratio Control,縮寫(xiě)為T(mén)RC)。
按TRC控制原理,有三種方式:
一、脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation,縮寫(xiě)為PWM)
開(kāi)關(guān)周期恒定,通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)改變占空比的方式。
二、脈沖頻率調制(Pulse Frequency Modulation,縮寫(xiě)為PFM)
導通脈沖寬度恒定,通過(guò)改變開(kāi)關(guān)工作頻率來(lái)改變占空比的方式。
三、混合調制
導通脈沖寬度和開(kāi)關(guān)工作頻率均不固定,彼此都能改變的方式,它是以上二種方式的混合。
第三節 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展和趨勢
1955年美國羅耶(GH.Roger)發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換<0u2438cq.cn>器,是實(shí)現高頻轉換控制電路的開(kāi)端,1957年美國查賽(Jen Sen)發(fā)明了自激式推挽雙變壓器,1964年美國科學(xué)家們提出取消工頻變壓器的串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源的設想,這對電源向體積和重量的下降獲得了一條根本的途徑。到了1969年由于大功率硅晶體管的耐壓提高,二極管反向恢復時(shí)間的縮短等元器件改善,終于做成了25千赫的開(kāi)關(guān)電源。
目前,開(kāi)關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應用于以電子計算機為主導的各種終端設備、通信設備等幾乎所有的電子設備,是當今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。目前市場(chǎng)上出售的開(kāi)關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的100kHz、用MOS-FET制成的500kHz電源,雖已實(shí)用化,但其頻率有待進(jìn)一步提高。要提高開(kāi)關(guān)頻率,就要減少開(kāi)關(guān)損耗,而要減少開(kāi)關(guān)損耗,就需要有高速開(kāi)關(guān)元器件。然而,開(kāi)關(guān)速度提高后,會(huì )受電路中分布電感和電容或二極管中存儲電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這樣,不僅會(huì )影響周?chē)娮釉O備,還會(huì )大大降低電源本身的可靠性。其中,為防止隨開(kāi)關(guān)啟-閉所發(fā)生的電壓浪涌,可采用R-C或L-C緩沖器,而對由二極管存儲電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。不過(guò),對1MHz以上的高頻,要采用諧振電路,以使開(kāi)關(guān)上的電壓或通過(guò)開(kāi)關(guān)的電流呈正弦波,這樣既可減少開(kāi)關(guān)損耗,同時(shí)也可控制浪涌的發(fā)生。這種開(kāi)關(guān)方式稱(chēng)為諧振式開(kāi)關(guān)。目前對這種開(kāi)關(guān)電源的研究很活躍,因為采用這種方式不需要大幅度提高開(kāi)關(guān)速度就可以在理論上把開(kāi)關(guān)損耗降到零,而且噪聲也小,可望成為開(kāi)關(guān)電源高頻化的一種主要方式。當前,世 界上許多國家都在致力于數兆Hz的變換器的 實(shí) 用 化 研 究。
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