在日常的生活中,我们比较常见的电源,线性电源,开关电源,还有一种是低频电源,下面我们分别介绍这几种电源.
线性电源
线性电源(DC-DC)就是在三极管B极提供一个标准电压,当E极的电压低B极的电压0.7V左右时,C极就会向E极流入电流,确保E极电压稳定在比B极低0.7V的位置.
如图1.1,输出UA的电压稳定在比500个欧的电阻提供的基准电压小0.7V的位置.
图 1.1
低频电源
低频电源在我们生活中随时可见,大到街道上的变压器(AC-AC),小到收音机的外接电源(AC-DC).
低频电源就是用变压器将交流电转换为不同电压的交流电或直流电.
如图1.1,在左边就是一个变压器,它将220V的交流电转换为次级的较低交流电,然后通过桥式整流器转换为直流电.
开关电源
开关电源即是将直流电切割为直流脉冲,然后通过变压器转换为类脉冲电,再通过整流电路变为所需的电源.
当然,在实际情况下,在输入直流前还有AC-DC电路,输出端还有DC-AC或DC-DC电路等多级电源结构.
为什么开关电源用的这样广泛,而不用上面的两种电源？
三种电源的比较
线性电源,直流电源结构简单,开关电源结构复杂(控制电路和抗干扰电路复杂).那么为什么还要使用开关电源呢?
首先,我们看看线性电源,如图1.1, 三级管BC141的Uc-e不为0,而且比较大,这一点很重要,同时负载的电流基本上等于Uc-e.很明显,三级管BC141有Uc-e的压降,同时有Ic-e的电流,故有Uc-e×Uc-e的功率声损耗.如果,负载过大,损耗也会很大.一般大于10W的时候,散热就会比较麻烦.
其次,我们再看一下低频电源.只要大家细心想一下就能明白,我们在听收音机的时候用的外接电源拿起来有什么感觉,很重吧,拆开看一下,里面有一个很大的变压器.这就是低频电源的不足,它所要求的变压器比较大.
再来看看开关电源,开关电源也用变压器(可不用,用电感也行),为什么比低频电源的变压器要小得多呢?说到这,就不得不提变压器的工作原理.
变压器如何变压直流
我们都很清楚,变压器将交流转换为交流,是不转换直流的,那这里怎么能转换直流呢?以前的教科书并没有欺骗我们.我们仔细看看,就能发现,如下图1.2.直流电源并非直接加在变压器两端,中间有一个开关VT1,而低频电源没有.
图 1.2
好,现在我们让我们回想一下,变压器是如何将交流电转换成不同电压的交流电的.
为什么直流电直接加到变压器两端不能变压? 因为当在变压器两端加直流时,磁场不断变大直到饱和,饱和后,变压器如同一根导线,不对流过的电流有任何的阻碍作用，故不能变压。
变压器工作的过程:
图 1.3
当交流电0-90相位加到变压器初级两端时,变压器的磁场强度变大,次级产生一个正弦波阻碍磁场的变化.90-360相位同理.
当直流电加在变压器两端时,变压器的磁场强度变大,次级也会感应一个类脉冲电压阻碍磁场的变化.但是在磁场饱和前开关要关闭,否则,其他元件可能烧坏. 然后磁复位电路将变压器磁场强度降为初始的磁场强度,使下次开关闭和,使变压器励磁,而不至于饱和.
加交流电因为是正弦波有正负两部分,正部分使磁场变大,而负部分使磁场变小,这样就能够自动复位.直流电通过复位电路将磁场变为脉冲励磁前的磁场强度.所以,直流电经过切割后，加入了复位电路，起到了交流电负部分复位的功能，所以就能变压.
低频电源与开关电源变压器的区别
2.3.1 频率不同
但是我们会看到同样的低频变压器,有的变压器很大如街道上的很大,有的可以放在手中,为什么呢?
仔细想一下就会发现, 初级的电能变换为次级的电能中间经过了磁场这个载体,变压器将初级的电能变为磁能,再将磁能变为次级的电能,那么次级的功率就取决于两个因数:1) 初级的能量; 2)变压器的运输电能的能力。
初级的能量不必说,一般都足够大.还是讨论一下变压器的运输能力.那么哪些因数影响变压器的运输能力呢?有两个因数:第一,每次能运输多少?第二,在单位时间内能够运输的次数。
第一个因数与变压器的本体结构相关,即变压器的最大磁场强度,越大,每次运输的能量越多。
第二个因数既是输入电源的频率,频率越高, 单位时间内能够运输的次数越多。
低频变压器因为频率固定为50HZ,要增加它的输出功率只有增加磁场强度,于是变压器会做的很大;开关电源的输入是高频的脉冲, 单位时间内能够运输的次数多,每次能运输的就相对减少,所以开关电源的变压器可以做的很小。
2.3.2 什么决定变压器频率
低频电源的变压器运用于低频电源，开关电源运用于高频直流脉冲电源，他们运用的频率不同，那么他们那些不同的结构决定了这些不同的性能。
首先来了解一下磁滞回线。
图 1.4
当磁铁质达到磁饱和状态后，如果减小磁化场H，介质的磁化强度M（或磁感应强度B）并不沿着起始磁化曲线减小，M或B的变化滞后于H的变化，这种现象叫做磁滞。
当磁化场H在正负两个方向上往复变化时，M或B随H的变化如上图所示，图中的闭合曲线即磁滞回线。表明：
1）当H=0时，M或B不为零， 叫做剩余磁化强度， 叫做剩余磁感应强度；
2）要使介质完全退磁（M=0，B=0），必须加反向磁场 ，叫做矫顽力；
3）M或B与H的关系是非线性，非单值的关系。
那么磁滞回线和变压器的工作频率有怎样的关系呢？
如图1.4，当磁感应强度B所对应的横坐标越大，在相同条件下所需的时间就越长。为什么呢？因为横坐标代表磁化变压器的磁场，横坐标越大，代表所需的磁化磁场就越强，自然所花的时间就越多。
现在我们就很容易想到低频变压器与高频变压器的区别了，低频变压器必须磁化慢，不然就会进入饱和而烧毁元件，高频变压器则相反。B-H曲线的斜率是一个因数，它决定磁化的难易，也就是说它表示单位时间的磁化量，很显然另一个因数就是要磁化的总量----最大磁场强度。
B-H曲线的斜率取决于磁芯的材质，并可加入气息使斜率降低；最大磁场强度与磁芯材质，磁芯截面积，线圈扎数等相关，也就是低频变压器需要较大的磁芯截面积，较多的线圈扎数，并且加入气息，高频开关电源则相反。 |
发表于 2007-9-25 10:35:06
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