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浅析线性电源与开关电源现状与市场需求

开关电源主要的原材料是变压器、功率器件、电感器、电抗器等。开关电源属于电子工业的基础产品,下游涉及国民经济众多领域,包括电信、邮政、银行、证券、铁路、民航、税务、工商、石油、海运、航空航天、军队等。

目前,开关电源行业已形成了完善的产业链,上游国际主流元器件供应商控制了开关电源IC芯片的制造技术,中游电源制造商根据其掌握的不同水平的电源制造专业技术和生产能力为下游客户提供不同技术水平、类型的电源产品。开关电源行业下游为工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器,电子冰箱,液晶显示器,LED灯具,通讯设备,视听产品,安防监控,LED灯袋,电脑机箱,数码产品和仪器类等领域。

我国电源开关在发展的过程中呈现出小型化、薄型化、轻量化、高频化趋势。因为,随着电源开关应用领域的不断拓展,用户对开关电源便携性要求越来越高。而在一定范围内,开关频率的提高,不仅能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸,而且还能够抑制干扰,改善系统的动态性能,因此小型化、薄型化、轻量化、高频化将是开关电源的主要发展方向。

开关电源模块是新一代的开关电源产品,主要应用于民用、工业和军用等众多领域,包括交换设备、接入设备、移动通讯、微波通讯以及光传输、路由器等通信领域和汽车电子、航空航天等。由于采用模块组建电源系统具有设计周期短、可靠性高、系统升级容易等特点,模块电源的应用越来越广泛。尤其近几年由于数据业务的飞速发展和分布式供电系统的不断推广,模块电源发展十分迅速。

开关电源的控制芯片的品种也十分多,主要分为电流控制型与电压控制型两大类。电压控制型只对输出电压采样,作为反应信号停止闭环控制,采用PWM技术调理输出电压,从控制理论的角度看,这是一种单环控制系统。电流控制型是在电压控制型的根底上,增加一个电流负反应环节,使其成为双环控制系统,从而进步了电源的性能。

产品分类上看,大致可分为AD/DC,DC/DC两大类。多年来产品应用的技术开展,形成业界对DC/DC电源的认识构成了一定的误区,以为DC/DC难做,AC/DC易做。

虽然如此,AC/DC与DC/DC还是存在很大的差异,从产品设计,器件选择请求,牢靠性目的完成等方面来看:AC/DC远比DC/DC复杂,难做,这是多年从事AC/DC电源研发,消费的深切领会。

开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新。目前,开关电源芯片以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。接下来小编为大家普及一下开关电源芯片使用时注意的事项: 1)使用电源芯片前,先确定输入输出电压规格与所用电源的标称值是否相符;

2)通电之前,检查输入输出的引线是否连接正确,以免损坏用户设备; 3)检查安装是否牢固,安装螺丝与电源板器件有无接触,测量外壳与输入、输出的绝缘电阻,以免触电; 4)为保证使用的安全性和减少干扰,请确保接地端可靠接地; 5)多路输出的电源一般分主、辅输出,主输出特性优于辅输出,一般情况下输出电流大的为主输出。为保证输出负载调整率和输出动态等指标,一般要求每路至少带10%的负载。若用辅路不用主路,主路一定加适当的假负载。具体参见相应型号的规格书; 6)请注意:电源频繁开关将会影响其寿命; 7)工作环境及带载程度也会影响其寿命。

尽管如此。工程师都知道尽管现在开关电源应用突飞猛进,通时线性电源的也是胜点突出!

都是直流电 按要求不同使用不同 ,线性电源最好他输出的是线性直流电,可以用在要求高的场合,开关电源次之,他是由很高的开关速度的变压器和开关管,特点是重量小,容量大,输出质量高,相控电原用在要求不高,电流特大的场合。

首先从输入端比照来看,AC/DC远比DC/DC要难做。AC/DC由于直接连到公网,众所周知公网情况是十分复杂的,有的市电直接为小水电,晚上可高达350VAC以上;有的接错相线直接电压就为380VAC,低压也能够到达130伏以下。再加上公网衔接有许许多多输入特性不同的设备,有理性负载,有容性负载,电网上有很多尖峰杂讯,和屡次谐波成份,雷雨天气的感应雷等等各种要素的综合影响使得公网愈加复杂。而DC/DC的输入电压普通来自整流器或者蓄电池,常用的电压有12V/24V/48V/60V等4种,整流器就是AC/DC,曾经经过一次隔离。

其次从器件选择,牢靠性目的达成上看,AC/DC设计比DC/DC难做。从上面的描绘来看,AC/DC直接面临高压,输入端器件的选择,特别是功率MOSFET,电压越高,导通压降和开关损耗越大,电源的热设计越难满足,其它二极管,三极管同样也存在这样的问题,高压难选,低压好选。同时AC/DC电源需求契合的安规等级远比DC/DC高。从电路构造来看AC/DC普通要两级变换,而DC/DC只需一级变换即可,而且DC/DC运用的主功率变换电路相比之下也是拟简单。

线性电源的调整管工作在放大状态,因而发热量大,效率低(35%左右),需要加体积庞大的散热片,而且还需要同样也是大体积的工频变压器,当要制作多组电压输出时变压器会更庞大。

开关电源的调整管工作在饱和和截至状态,因而发热量小,效率高(75%以上)而且省掉了大体积的变压器。但开关电源输出的直流上面会叠加较大的纹波(50mV at 5V outputtypical),在输出端并接稳压二极管可以改善,另外由于开关管工作是会产生很大的尖峰脉冲干扰,也需要在电路中串连磁珠加以改善。相对而言线性电源就没有以上缺陷,它的纹波可以做的很小(5mV以下)。

对于电源效率和安装体积有要求的地方用开关电源为佳,对于电磁干扰和电源纯净性有要求的地方(例如电容漏电检测)多选用线性电源。另外当电路中需要作隔离的时候现在多数用DC-DC来做对隔离部分供电(DC-DC从其工作原理上来说就是开关电源)。还有,开关电源中用到的高频变压器可能绕制起来比较麻烦。

开关电源和线性电源在内部结构上是完全不一样的,开关电源顾名思义有开关动作,它利用变占空比或变频的方法实现不同的电压,实现较为复杂,最大的优点是高效率,一般在90%以上,缺点是文波和开关噪声较大,适用于对文波和噪声要求不高的场合;而线性电源没有开关动作,属于连续模拟控制,内部结构相对简单,芯片面积也较小,成本较低,优点是成本低,文波噪声小,最大的缺点是效率低。它们各有有缺点在应用上互补共存!

开关电源的原理:

开关电源主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、逆变器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路。它们的功能是:

1、输入电网滤波器:消除来自电网,如电动机的启动、电器的开关、雷击等产生的干扰,同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散。 

2、输入整流滤波器:将电网输入电压进行整流滤波,为变换器提供直流电压。

3、逆变器:是开关电源的关键部分。它把直流电压变换成高频交流电压,并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。

4、输出整流滤波器:将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压,同时还防止高频噪声对负载的干扰。

5、控制电路:检测输出直流电压,并将其与基准电压比较,进行放大。调制振荡器的脉冲宽度,从而控制变换器以保持输出电压的稳定。 

6、保护电路:当开关电源发生过电压、过电流短路时,保护电路使开关电源停止工作以保护负载和电源本身。

开关电源是将交流电先整流成直流电,在将直流逆变成交流电,在整流输出成所需要的直流电压。这样开关电源省去下线性电源中的变压器,以及电压反馈电路。而开关电源中的逆变电路完全是数字调整,同样能达到非常高的调整精度。

开关电源的主要优点:

体积小、重量轻(体积和重量只有线性电源的20~30%)、效率高(一般为60~70%,而线性电源只有30~40%)、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化。

开关电源的主要缺点:

由于逆变电路中会产生高频电压,对周围设备有一定的干扰。需要良好的屏蔽及接地

开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载;

4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的.

交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰,同时也过滤掉电源对电网的干扰;在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越高;开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头,以得到需要的输出;一般还应该增加一些保护电路,比如空载、短路等保护,否则可能会烧毁开关电源。

维修技巧

开关电源的维修可分为两步进行:

1,断电情况下,“看、闻、问、量”

看:打开电源的外壳,检查保险丝是否熔断,再观察电源的内部情况,如果发现电源的PCB板上有烧焦处或元件破裂,则应重点检查此处元件及相关电路元件。

闻:闻一下电源内部是否有糊味,检查是否有烧焦的元器件。

问:问一下电源损坏的经过,是否对电源进行违规操作。

量:没通电前,用万用表量一下高压电容两端的电压先。如果是开关电源不起振或开关管开路引起的故障,则大多数情况下,高压滤波电容两端的电压未泄放悼,此电压有300多伏,需小心。用万用表测量AC电源线两端的正反向电阻及电容器充电情况,电阻值不应过低,否则电源内部可能存在短路。电容器应能充放电。脱开负载,分别测量各组输出端的对地电阻,正常时,表针应有电容器充放电摆动,最后指示的应为该路的泄放电阻的阻值。

2,加电检测

通电后观察电源是否有烧保险及个别元件冒烟等现象,若有要及时切断供电进行检修。

测量高压滤波电容两端有无300伏输出,若无应重点查整流二极管、滤波电容等。

测量高频变压器次级线圈有无输出,若无应重点查开关管是否损坏,是否起振,保护电路是否动作等,若有则应重点检查各输出侧的整流二极管、滤波电容、三通稳压管等。

如果电源启动一下就停止,则该电源处于保护状态下,可直接测量PWM芯片保护输入脚的电压,如果电压超出规定值,则说明电源处于保护状态下,应重点检查产生保护的原因。

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