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开关电源的优缺点

时间:2018-05-31
 

   开关电源 的优点
  (1)内部功率损耗小,转换功率高
   在图1-2所示的开关电源原理电路中,开关功率管V在PWM驱动信号的驱动下,交替工作在导通—截止与截止—导通开关状态,装换速度非常快,频率一般可高达100kHZ左右,在一些电子工业发达和先进的国家,可以做到兆赫极。这便使开关功率管V上的功率损耗大为减小,储能电感的电感量大为减小,储能效率大为提高。因此整个开关电源的装换效率可以大幅提高,其装换效率可高达90%左右。


  (2)体积小,重量轻
    从开关电源的原理图中可以清楚地看出,这里没有采用笨重的工频变压器。由于开关功率管V工作在开关状态,因此其本身的功率损耗大幅降低,这样就省去了较大的散热器。另外,由于电路的工作频率比线性稳压电源中的50Hz工频高了几个数量级,因此滤波效率大大提高,滤波电容的容量也大为减小。这三方面的原因就使得开关电源具有体积小、重量轻的显著优点。
  (3)稳压范围宽,线性调整率高
    开关电源的输出电压是由脉宽调制/(PWM/PFM)驱动信号的占空比来调节的。输出电压由于输入信号电压的变化而引起的不稳定,可以通过调节脉冲宽度或调节脉冲频率来进行补偿。这样,在输入工频电网电压变化较大时,开关电源仍能保证具有非常稳定的输出电压。因此开关电源不但具有稳压范围宽,而且还具有稳压效果好和线性调整率高的优点。此外改变占空比的方法和技术也比较多,设计人员可以根据实际应用的要求和需求,灵活地选用各种类型的开关电源电路。
  (4)滤波效率大为提高,滤波电容的容量和体积大为减小
   开关电源的工作频率目前成熟技术基本是在50kHZ以上,是线性稳压电源工作频率的1000倍以上。因此开关电源整流后的滤波效率也几乎提高了1000倍左右。即使采用半波整流后加电容滤波,开关电源的滤波效率也比线性稳压电源高500倍左右。在相同输出纹波电压的要求下,采用开关电源时,滤波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容容量的1/1000~1/500.
   (5)电路形式灵活多样,选择余地大
   例如,有自激式和他激式,调宽型和调频型,单端式和双端式,升压式、降压式和极性反转式等。设计者可以发挥自己的聪明才智,充分利用各种类型电路的优点,设计出能够满足不同应用场合的开关电源。
  3.开关电源的缺点
  (1)开关电源存在着较为严重的开关噪声和干扰
   开关电源电路中,由于开关功率管工作在开关状态,因此所产生的高频交流电压和电流将会通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐波噪声,这些干扰和噪声如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽,就会严重影响整机的正常工作。此外,由于开关电源电路中的振荡器没有工频降压变压器的隔离作用,这些干扰的噪声就会窜入工频电网,使附近电子仪器、设备和家用电器等受到严重干扰,另外,这种高频干扰还会通过开关电源电路中的磁性元件(如电感和开关变压器等)辐射到空间,使周围的电子仪器、设备和家用电器等也同样受到严重的干扰。
  (2)电路结构复杂,不便于维修
   对于无工频变压器的开关电源电路中的高压、高温点解电容,高反压、大电流开关功率管,高频开关变压器的磁性材料,高反压、大电流、快速复肖特基二极管等元器件,在我国还处于研究、开发和调制阶段。在一些技术发达的国家,开关电源虽然有了一定的发展,但在实际应用中也还存在着一定的问题,不能令人十分满意。这就暴露出了开关电源的另一个缺点,那就是电路结构复杂,故障率高,维修麻烦。对此,如果设计者和生产者不予以充分重视,将直接影响着开关电源的推广应用。
  (3)成本高,可靠性低
   目前,由于国内微电子技术、阻容元器件生产技术以及磁性材料烧结技术等与一些技术发达国家相比还有一定的差距,因此开关电源的造价和成本不能进一步降低,这也影响到可靠性的进一步提高。这样就导致了我国的电子仪器、仪表以及机电一体化设备中开关电源还不能得到进一步的普及应用。

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