开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开,在开关K接通时,输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL,在整个开关接通期问,电源E向负载RL提供能量;当开关K断开时,输入电源E便中断了能量的提供。可见,输入电源向负载提供能量是断续的,为使负载能得到连续的能量提供,开关稳压电源必须要有一套储能装置,在开关接通时将一部分能量储存起来,在开关断开时,向负载释放。图2中,由电感L、电容C2和二极管D组成的电路,就具有这种功能。电感L用以储存能量,在开关断开时,储存在电感L中的能量通过二极管D释放给负载,使负载得到连续而稳定的能量,因二极管D使负载电流连续不断,所以称为续流二极管。在AB间的电压平均值EAB可用下式表示:
式中TON为开关每次接通的时间,T为开关通断的工作周期(即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和)。由式可知,改变开关接通时间和工作周期的比例,AB间电压的平均值也随之改变,因此,随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便能使输出电压V0维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比,这种方法称为“时间比率控制”(Time Ratio Control,缩写:为TRC)。
按TRC控制原理,有三种方式
(1)脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,缩写为PWM),开关周期恒定,通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。
(2)脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,缩写为PFM),导通脉冲宽度恒定,通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。
(3)混合调制,导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定,彼此都能改变的方式,它是以上二种方式的混合。
3 高频开关电源的特点
(1)重量轻,体积小,采用高频技术,去掉了工频变压器,与相控整流器相比较,在输出同等功率的情况下,开关整流器的体积和重量只是相控整流器的1/10。
(2)功耗小,效率高,开关电源采用的功率器件一般功耗较小,带功率因数补偿的开关电源其整机效率可达88%,较好的可做到91%以上。
(3)功率因数高,相控整流器的功率因数随可控硅导通角的变化而变化,一般在全导通时,可接近0.7以上,而小负载时,仅为0.3左右。经过校正的开磁电源功率因数一般在0.93以上,并目基本不受负载变化的影响(对20%以上负载)。
(4)稳压精度可高达0.2%(相控1%)。
(5)噪音低,在相控整流设备中,工频变压器及滤波电感工作时产生的可闻噪声较大,一般大于60 dB。而开关电源在无风扇的情况下可闻噪声仅为45 dB左右。
(6)维护方便,因为开关电源是模块式的,可以在运行中更换,不影响工作(相控电源需停机处理)。
(7)实行N+1配套,可靠性高。稳定、可靠,长寿命,采用N+1冗余配置。
(8)扩容方便。
(9)可由微机控制,远端接口,组成智能化电源设备,便于集中监控。
(10)对交流输入要求低,在三相严重不平衡时,整流系统仍能输出,提供稳定的直流电。