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开关电源及高频变压器有什么用?

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文章出处:www.gpbianyaqi.com编辑:开关电源发表时间:2015-3-26 15:39:49

随着全球对能源问题的重视,电子产品的耗能问题将愈来愈突出,如何降低其待机功耗,提高供电效率成为一个急待解决的问题。传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠,但它存在着效率低(只有40% -50%)、体积大、铜铁消耗量大,工作温度高及调整范围小等缺点。为了提高效率,人们研制出了开关式稳压电源,它的效率可达85% 以上,稳压范围宽,除此之外,还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点,是一种较理想的稳压电源。正因为如此,开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备中。那么开关电源变压器电源有什么区别呢?

电源分两种
一种通过变压器---工频变压器(铁心,50Hz)来降或升。

如果一次线圈匝数大与二次线圈匝数就是降,否则是升。
开关电源两---使用高频变压器(磁芯,几千Hz)

高频变压器开关电源中进行能量储存与传输的重要部件,单片开关电源中高频变压器性能的优劣,不仅对电源效率有较大的影响,而且直接关系到电源的其它技术指标和电磁兼容性(EMC)。将高频传输线绕在具有高导磁率(u)低损耗的铁氧体磁环上就变成传输绝变压器,其电路从表面上看似乎与普通变压器没有多大差别,但实际上它们传递能量的方式是不相同的。为此,一个高效率高频变压器应具备直流损耗和交流损耗低、漏感小、绕组本身的分布电容及各绕组之间的耦合电容要小等条件。

所谓的高频开关,一般都是指高频开关电源。其基本控制原理为:开关以一定的时间间隔重复地接通和断开:在开关接通时,输入电源通过开关和滤波电路提供给负载,在整个开关接通期间,电源向负载提供能量;当开关断开时,输入电源便中断了能量的提供。因此,输入电源向负载提供能量是断续的,为使负载能得到连续的能量提供,开关稳压电源必须要有一套储能装置,在开关接通时将一部份能量储存起来,在开关断开时,向负载释放。改变开关接通时间和工作周期的比例,电压的平均值也随之改变,因此,随着负载及输入电源电压的变化自动调整便能使输出电压维持不变。改变接通时间和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比,这种方法称为“时间比率控制”(Time Ratio Control,缩写为TRC)。所谓直流断路器,即是在直流配电系统中提供直流回路通断的开关,以对过载、短路等过电流故障提供可靠保护。

一、 降低高频变压器损耗
  1直流损耗
  高频变压器的直流损耗是由线圈的铜损耗造成的。为提高效率,应尽量选择较粗的导线,并取电流密度J=4~10A/mm2。
2交流损耗
  高频变压器的交流损耗是由高频电流的趋肤效应以及磁芯的损耗引起的。高频电流通过导线时总是趋向于从表面流过,这会使导线的有效流通面积减小,并使导线的交流等效阻抗远高于铜电阻。高频电流对导体的穿透能力与开关频率的平方根成反比,为减小交流铜阻抗,导线半径不得超过高频电流可达深度的2倍。可供选用的导线线径与开关频率的关系曲线如图1所示。举例说明,当f=100kHz时,导线直径理论上可取φ0.4mm。但为了减小趋肤效应,实际可用更细的导线多股并绕,而不用一根粗导线绕制。

变压器磁芯损耗也使得电源效率降低。其交流磁通密度可用下式进行估算:
  式中:BAC为交流磁通密度,单位是T;
  NP、IP分别为初级匝数和初级峰值电流;
  KRP为初级脉动电流与峰值电流之比;
  delta;为磁芯的气隙宽度,单位是cm。
  欲设计在连续模式下工作的高频变压器,BAC的典型值约为0.04~0.075T。铁氧体磁芯在100kHz时的损耗应低于50mW/cm3。
二、减小高频变压器的漏感
在设计高频变压器时必须把漏感减至最小。因为漏感愈大,产生的尖峰电压幅度愈高,漏极钳位电路的损耗就愈大,这必然导致电源效率降低。对于一个符合绝缘及安全性标准的高频变压器,其漏感量应为次级开路时初级电感量的1%~3%。要想达到1%以下的指标,在制造工艺上将难于实现。减小漏感时可采取以下措施:  
1)减小初级绕组的匝数NP;
2)增大绕组的宽度(例如选EE型磁芯,以增加骨架宽度b);
3)增加绕组的高、宽比;
4)减小各绕组之间的绝缘层;
5)增加绕组之间的耦合程度。开关式稳压电源的基本工作原理:开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种,在实际的应用中,调宽式使用得较多,在目前开发和使用的开关电源集成电路中,绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就主要先容调宽式开关稳压电源。

开关电源与传统电源相比,具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、稳压范围宽等特点,广泛用于计算机及外围设备、通信、自动控制、家用电器等领域。 
     但开关电源的突出缺点是产生较强的电磁干扰,干扰信号既具有很宽的频率范围,又有一定的幅度,经传导和辐射会污染电磁环境,对通信设备和电子产品造成干扰。如果处理不当,开关电源本身就会变成一个干扰源。
    所以如果在市场上找个符合音频专用用的开关电源是价格不便宜的
    正因为这些缺点,在专业音频使用上一般都不采用开关电源


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