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电源的基本原理(一)

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zhongdian867 发表于 2011-8-30 14:42:58 | 显示全部楼层 |阅读模式
电源有线性电源开关电源两种。

线性电源:是通过工频(频率为50Hz的交流电)变压器将电压变至所需要的值,再经过整流、滤波、稳压等电路,输出为稳定直流电。下图是一个最简单的AC—DC变换电路。



由上图可以看出,输入为正弦波交流电,经二极管整流后,只有上半周的正电压能通过,而下半周的负电压不能通过二极管,结果输出电压只保留了上半周的电压波形。使输出电压的方向不随时间变化(只是大小变化),而成为直流电。

为了使负半周的电压能加于利用,提高用电效率,需采用全桥整流电路,如下图:



由图可看出,采用全桥整流后,负半周的波形也利用上了,使电能利用效率提高。全桥整流是目前最常用的整流电路。

滤波电路:

从上面整流出来的直流电压波形图可以看出,这种直流电大小在发生变化,这种大小变化我们称之为交流成分,即这种直流电含有较多的交流成分,不能直接使用,必须进行滤波。我们前面提到:电感具有通直流阻交流的特性,而电容则具有通交流阻直流的特性。利用这些特性可进行滤波。下面是常见的滤波电路:



可以看出滤波后的输出电压平滑得多。

线性电源的优缺点:优点在于,所需元器件较少,线路结构简单易做,变压器的电流连续流通,输出电压纹波小。缺点在于,效率低,仅50%左右,随着功率的增加,变压器体积和重量都大得令许多场合无法使用。一个300W的工频变压器重量约8公斤。再加上大功率整流管和散热片,总重量会达到10公斤。这在许多场合都无法使用。下面将介绍开关电源。

开关电源:

我们知道,变压器的工作原理是:是利用变化电场产生变化的磁场,变化的磁场又产生变化的电场,从而起到了变压作用。但变压器不能变化频率。根据电磁辐射的有关知识得知,电磁辐射的能量与频率f有关,频率越大,能量越高。因此,如果将频率提高,则在相同的功率下,变压器的体积可以变小,这就是开关电源的设想来历。下面是开关电源的原理图:



上图的原理是这样的,交流电直接经过全桥整流,经电容滤波后变为高压直流电,高压直流电经过开关K后,加到开关变压器的初级。控制开关的“闭合”和“断开”的速度,就可在开关变压器的初级形成不同频率的交流电,开关速度越快,频率就越高。这样在开关变压器的次级相应地感应出高频电压。经整流和滤波后得到直流电。开关电源具有体积小效率高的特点,缺点在于,电路结构复杂,成本较高,由于工作在高频状态,辐射和干扰较大,输出电压纹波大,必须采取有效的屏蔽措施。
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