DC—DC转化器就是重复通/断开关,把直流电压(电流)转化成高频方波电压(电流),再经过整流平滑变成直流电压输出。DC—DC转换器是由半导体、整流二极管、平滑滤波电抗器和电容等基本元器件组成。当输入和输出之间需要电性隔离时,可以采用变压器,把高频方波电压通过变压器传送到输出端。
DC—DC控制占空比的方法有保持工作周期T不变、通过控制开关通断时间从而实现改变输出电压大小的脉宽调制,就是我们经常接触到的PWM;还有一种就是保持导通时间Ton不变,通过改变工作周期T的频率调节,这类型我们称之为PFM,也叫做脉冲频率调节方式。
在开关频率较低的场合下,PFM方式需要较大的隔离变压器与输出输入滤波器,这样既不经济,而且体积过大,在现实中难以被接受,所以PFM这种方式需要的前提是开关频率要足够高。
开关电源和线性电源相比较具有以下优点:
1.开关电源中开关管工作在开关状态,功率损耗小,效率可以达到80%—90%,质量好的可以达到95%甚至更高,而线性电源的效率一般只能达到50%甚至更低,所以开关电源相对于线性电源具有功耗低,效率高的优点。
2.开关电源的开关管工作在高频状态,只需要较小体积的变压器就能传输较大的能量;开关管损耗小,所以散热器也随之减小或者干脆不用;开关频率在几十千赫兹以上,是线性电源的千百倍,整流后的滤波效率也几乎提高千倍,所以滤波电感、电容的容积和体积都大为减小;同时允许的环境温度也大大提高,所以开关电源对于线性电源具有体积小,重量轻的优点。
3.当输入电压或者负载变化引起输出电压变动时,开关电源能通过调节脉冲宽度、脉冲频率或同时改变两者自适应调整,在电网电压变化较大的情况下,仍能保证稳定的输出电压。因此开关电源的稳压效果相对于线性电源会好且适合领域广。
4.开关电源对于线性电源有个明显的优势,就是开关电源有自激式、他激式;有调宽型、调频型;有隔离型、非隔离型等等。
开关电源对于线性电源有许多优点,但同时也存在许多缺点。
1.开关电源调整管工作在开关状态,电流通过有关元件时会产生较大尖峰干扰和谐振噪声,这些噪声干扰频带宽、谐波大、电磁干扰强。如果没有采用措施进行抑制、消除和屏蔽,就会严重影响到整机的正常工作或者窜入电网,干扰附近的其他电子设备、通信设备和家用电器的正常工作。
2.开关电源工作在开关状态,产生的尖峰干扰和谐波虽然经过整流滤波电路,但是输出电压中的纹波和噪声仍然比线性电源大的多。
3.开关电源输出对输入的瞬态响应相对于线性电源来说会差很多,线性电源的输出对于输入的瞬态响应几乎是即时性的。
4.开关电源的功率因数相对于线性电源来说会差,这是因为开关电源是直接对市电交流电网进行全波整流、电容滤波获得直流电压,交流电压与电流之间存在相位差,且输入电流不是正弦波,谐波含量很高。电流谐波的产生一方面使谐波噪声含量提高,另一方面使功率因数降低。
5.在一定的频率下,开关电源的效率与工作频率成正比,但是频率提高后,对整个电路中的元器件又有新的要求。
所以对于要进行电源选型,要根据合适的状态进行线性电源或者开关电源选择。
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