高频开关电源的工作流程_开关电源的控制技术「建议收藏」

本文介绍了开关电源的工作原理以及它的特点。

程控开关电源要要比线性电源复杂得多。 下图是典型的开关电源工作原理图。

首先对 220 V/50Hz 的 AC 输入，通过桥式整流器进行整流

1. 储能电容对整流后的波形进行滤波，提供未稳压的高压 DC，为下一步 DC 到 DC 转换电路供电。
2. 功率晶体管开关将直流转换为 20 kHz – 200 kHz 高压高频脉冲。
3. 根据输出电压的要求，选择适当线匝比率的高频脉冲电压变压器
4. 这个变压器将高频脉冲高电压整流成低电压的脉冲。由于变压器工作在高频状态下，通过变压器铁芯的能量与频率成正比，因此，在开关电源中的变压器体积可以远小于同等功率的线性电源的变压器，从而大幅度降低了电源的体积和重量。
5. 双二极管整流电路，将低电压的脉冲调整为带有纹波的直流，
6. LC (电感器-电容器)网络进一步对带有纹波的直流进行滤波，将其平均成为连续、稳定的DC电压输出。
7. 与线性电源一样，差分信号放大器比较DC输出电压与参考电压的差值，将输出电压稳定在期望的设定值上。

调制器电路把差分信号放大器的信号转换成高频脉宽调制的波形，驱动开关电源晶体管。如果需要更多的输出，就加大占空比；反之，就减小占空比。由于利用开关的占空比的不同控制输出能量大小，因此，在开关上的损耗就会小得多。相比于线性电源，其节能效果是非常明显的。

典型的开关电源工作原理图

随着开关电源的工作频率越来越高，很多大功率的开关电源体积也能做得很小，例如是德科技的 N5700 750W/1500W 系列可编程电源，只有 1U 的高度，标准机架宽度。而 N8700 3.3KW/5KW 系列电源，也只有 2U（接近 10 cm ）的高度。即便同时并联 4 台 5 KW 的电源，到达 20 KW 的输出功率，也只有不到 0.5 米的高度。相比于我们在很多工厂看到的装在一个大机柜中的 20 KW 电源，要小得很多。而且，由于这一系列电源的效率接近于 90%， 功率因数更是达到了 99%， 每年省下的电费可能都是一大笔。

是德科技 N5700 和 N8700 系列电源

在开关电源中，由于存在开关这样的高频器件，会产生比较高的纹波和噪声。特别是由于大功率开关管往往固定在散热器上，开关管与散热器之间存在寄生电容。这样，在开关管工作在高频情况下时，会引起比较大的共模电流，从而可能会导致更大的噪声。因此，对于普通的开关电源来说，无论是差模噪声还是共模噪声，都会高于线性电源一个数量级以上。
但随着开关电源技术的发展，很多新的技术用在了高性能可编程开关电源中，使其噪声大幅度下降。 是德科技的有些高性能开关电源的噪声指标， 甚至已经与精密的线性电源相当。例如是德科技的 N6700 系列模块化电源系统，其密度约比同类的线性电源高出数倍。它拥有最高 4个输出，在1U高的封装中提供总计高达1200 瓦 的输出功率。 有些模块的输出噪声完全与线性电源相当。例如 N6762A 50V/100W 精密模块，在满负载的输出情况下， 其噪声仅为 4 mVpp / 0.5 mVrms。

https://www.keysight.com/cn/zh/products/dc-power-supplies.html​www.keysight.com https://www.keysight.com/en/pc-856751/n5700-and-n8700-series-dc-system-power-supplies-gpib-single-output?cc=US&lc=eng​www.keysight.com https://www.keysight.com/en/pc-856677/750w-dc-system-power-supplies-gpib-single-output?cc=US&lc=eng​www.keysight.com https://www.keysight.com/en/pc-851482/n6700-modular-power-system?cc=US&lc=eng​www.keysight.com