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開關(guān)電源的基礎(chǔ)知識(shí)講解:隔離與非隔離式
開關(guān)電源的基礎(chǔ)知識(shí)講解:隔離與非隔離式。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET構(gòu)成。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新。
一、開關(guān)電源大致由主電路、 控制電路、檢測(cè)電路、輔助電源四大部份組成。
1、主電路
沖擊電流限幅：限制接通電源瞬間輸入側(cè)的沖擊電流。
輸入濾波器：其作用是過濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋回電網(wǎng)。
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。
逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分。
輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。
2、控制電路
一方面從輸出端取樣，與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或脈頻，使輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測(cè)試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對(duì)電源進(jìn)行各種保護(hù)措施。
3、檢測(cè)電路
提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。
4、輔助電源
實(shí)現(xiàn)電源的軟件(遠(yuǎn)程)啟動(dòng)，為保護(hù)電路和控制電路(PWM等芯片)工作供電。
二、隔離電源與非隔離電源的概念及特點(diǎn)
隔離式開關(guān)電源
隔離式開關(guān)電源需要高頻變壓器來進(jìn)行DC-DC轉(zhuǎn)換，輸入和輸出通過變壓器進(jìn)行物理性的隔離，安全性會(huì)更高。
輸入的交流電經(jīng)過整流橋整流和濾波后變?yōu)楦邏褐绷麟?，開關(guān)電源控制芯片再把高壓直流電轉(zhuǎn)換為高頻的脈動(dòng)直流電輸入到高頻變壓器的初級(jí)，通過電磁感應(yīng)，高頻變壓器的次級(jí)就可以得到低壓的脈動(dòng)直流電，低壓的脈動(dòng)直流電再經(jīng)過整流和濾波便可以得到直流電。
開關(guān)電源控制芯片會(huì)根據(jù)輸出的電壓和電流需求，自動(dòng)調(diào)整開關(guān)頻率和占空比，獲得較高的能量轉(zhuǎn)換率。
非隔離式開關(guān)電源
非隔離式開關(guān)電源沒有變壓器的物理隔高，輸入端和輸出端有一端是連接在一起的。
非隔離式開關(guān)電源沒有高頻變壓器的參與，直接把高壓直流電通過高速的開關(guān)控制，得到低壓直流電，轉(zhuǎn)換過程，開關(guān)電源控制芯片有較高的壓降，所以沒辦法得到較大的輸出電流。
此類方案輸出電流一般不超過300mA。一般用于輸出電流較小，體積要求小，成本要求低的應(yīng)用場(chǎng)合。
開關(guān)電源中的高頻鐵氧體變壓器是高頻能量轉(zhuǎn)換的重要器件。
開關(guān)電源采用的鐵芯為鐵氧體材料，而普通硅鋼片在高頻條件下，損耗太大而不能夠滿足高頻條件下的工作環(huán)境。
220V交流電，經(jīng)過BD1橋式整流，再通過C1、L1、C2組成的π行濾波器，將其整流后直流電壓穩(wěn)定在300V左右。R2、R3兩只串聯(lián)電阻將啟動(dòng)微弱電流送給3腳INV，建立振蕩頻率，來控制MOS管的導(dǎo)通。
另外，一旦建立振蕩后，初級(jí)上的另一個(gè)輔助繞組提供控制MOS管的穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)電流繼續(xù)不斷工作。
三、隔離電源與非隔離電源對(duì)比分析
由上述概念可知，對(duì)于常用的電源拓?fù)涠裕歉綦x電源主要有：Buck、Boost、Buck-Boost等;而隔離電源主要有各種帶隔離變壓器的反激、正激、半橋、LLC等拓?fù)洹?/p>
結(jié)合常用的隔離與非隔離電源，我們從直觀上就可得出它們的一些優(yōu)缺點(diǎn)，兩者的優(yōu)缺點(diǎn)幾乎是相反的。
四、隔離與非隔離電源的應(yīng)用場(chǎng)合
通過了解隔離與非隔離電源的優(yōu)缺點(diǎn)可知，它們各有優(yōu)勢(shì)，對(duì)于一些常用的嵌入式供電選擇，我們已可做成準(zhǔn)確的判斷：
1、 系統(tǒng)前級(jí)的電源，為提高抗干擾性能，保證可靠性，一般用隔離電源。
2、 電路板內(nèi)的IC或部分電路供電，從性價(jià)比和體積出發(fā)，優(yōu)先選用非隔離的方案。
3、 對(duì)安全有要求的場(chǎng)合，如需接市電的AC-DC，或醫(yī)療用的電源，為保證人身的安全，必須用隔離電源，有些場(chǎng)合還必須用加強(qiáng)隔離的電源。
4、 對(duì)于遠(yuǎn)程工業(yè)通信的供電，為有效降低地電勢(shì)差和導(dǎo)線耦合干擾的影響，一般用隔離電源為每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)單獨(dú)供電。
5、 對(duì)于采用電池供電，對(duì)續(xù)航力要求嚴(yán)苛的場(chǎng)合，采用非隔離供電。
五、選擇開關(guān)電源
選開關(guān)電源時(shí)，要考慮輸入電壓范圍、合適的功率、負(fù)載特性、工作環(huán)境溫度。
1、選用合適的輸入電壓范圍。以交流輸入為例，常用的輸入電壓規(guī)格有110V，220V，所以相應(yīng)就有了110V、220V交流切換，以及通用輸入電壓(AC：85V-264V)三種規(guī)格。應(yīng)根據(jù)使用地區(qū)選定輸入電壓規(guī)格。
2、選擇合適的功率。開關(guān)電源在工作時(shí)會(huì)消耗一部分功率，并以熱量的形式釋放出來。為了使電源的壽命增長(zhǎng)，建議選用多30%輸出功率額定的機(jī)種。
3、考慮負(fù)載特性。為了提高系統(tǒng)的可靠性，建議開關(guān)電源工作在50%-80%負(fù)載為佳，即假設(shè)所用功率為20W，應(yīng)選用輸出功率為25W-40W的開關(guān)電源。
如果負(fù)載是馬達(dá)、燈泡或電容性負(fù)載，當(dāng)開機(jī)瞬間時(shí)電流較大，應(yīng)選用合適電源以免過載。如果負(fù)載是馬達(dá)時(shí)應(yīng)考慮停機(jī)時(shí)電壓倒灌。
4、此外尚需考慮電源的工作環(huán)境溫度，及有無額外的輔助散熱設(shè)備，在過高a的環(huán)溫電源需減額輸出。需參考環(huán)溫對(duì)輸出功率的減額曲線。