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開關電源的基礎知識講解:隔離與非隔離式。開關電源是利用現(xiàn)代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET構成。隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關電源技術也在不斷地創(chuàng)新。
一、開關電源大致由主電路、 控制電路、檢測電路、輔助電源四大部份組成。
1、主電路
沖擊電流限幅：限制接通電源瞬間輸入側的沖擊電流。
輸入濾波器：其作用是過濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙本機產(chǎn)生的雜波反饋回電網(wǎng)。
整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電。
逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關電源的核心部分。
輸出整流與濾波：根據(jù)負載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。
2、控制電路
一方面從輸出端取樣，與設定值進行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或脈頻，使輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護電路鑒別，提供控制電路對電源進行各種保護措施。
3、檢測電路
提供保護電路中正在運行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。
4、輔助電源
實現(xiàn)電源的軟件(遠程)啟動，為保護電路和控制電路(PWM等芯片)工作供電。
二、隔離電源與非隔離電源的概念及特點
隔離式開關電源
隔離式開關電源需要高頻變壓器來進行DC-DC轉換，輸入和輸出通過變壓器進行物理性的隔離，安全性會更高。
輸入的交流電經(jīng)過整流橋整流和濾波后變?yōu)楦邏褐绷麟?，開關電源控制芯片再把高壓直流電轉換為高頻的脈動直流電輸入到高頻變壓器的初級，通過電磁感應，高頻變壓器的次級就可以得到低壓的脈動直流電，低壓的脈動直流電再經(jīng)過整流和濾波便可以得到直流電。
開關電源控制芯片會根據(jù)輸出的電壓和電流需求，自動調(diào)整開關頻率和占空比，獲得較高的能量轉換率。
非隔離式開關電源
非隔離式開關電源沒有變壓器的物理隔高，輸入端和輸出端有一端是連接在一起的。
非隔離式開關電源沒有高頻變壓器的參與，直接把高壓直流電通過高速的開關控制，得到低壓直流電，轉換過程，開關電源控制芯片有較高的壓降，所以沒辦法得到較大的輸出電流。
此類方案輸出電流一般不超過300mA。一般用于輸出電流較小，體積要求小，成本要求低的應用場合。
開關電源中的高頻鐵氧體變壓器是高頻能量轉換的重要器件。
開關電源采用的鐵芯為鐵氧體材料，而普通硅鋼片在高頻條件下，損耗太大而不能夠滿足高頻條件下的工作環(huán)境。
220V交流電，經(jīng)過BD1橋式整流，再通過C1、L1、C2組成的π行濾波器，將其整流后直流電壓穩(wěn)定在300V左右。R2、R3兩只串聯(lián)電阻將啟動微弱電流送給3腳INV，建立振蕩頻率，來控制MOS管的導通。
另外，一旦建立振蕩后，初級上的另一個輔助繞組提供控制MOS管的穩(wěn)定驅動電流繼續(xù)不斷工作。
三、隔離電源與非隔離電源對比分析
由上述概念可知，對于常用的電源拓撲而言，非隔離電源主要有：Buck、Boost、Buck-Boost等;而隔離電源主要有各種帶隔離變壓器的反激、正激、半橋、LLC等拓撲。
結合常用的隔離與非隔離電源，我們從直觀上就可得出它們的一些優(yōu)缺點，兩者的優(yōu)缺點幾乎是相反的。
四、隔離與非隔離電源的應用場合
通過了解隔離與非隔離電源的優(yōu)缺點可知，它們各有優(yōu)勢，對于一些常用的嵌入式供電選擇，我們已可做成準確的判斷：
1、 系統(tǒng)前級的電源，為提高抗干擾性能，保證可靠性，一般用隔離電源。
2、 電路板內(nèi)的IC或部分電路供電，從性價比和體積出發(fā)，優(yōu)先選用非隔離的方案。
3、 對安全有要求的場合，如需接市電的AC-DC，或醫(yī)療用的電源，為保證人身的安全，必須用隔離電源，有些場合還必須用加強隔離的電源。
4、 對于遠程工業(yè)通信的供電，為有效降低地電勢差和導線耦合干擾的影響，一般用隔離電源為每個通信節(jié)點單獨供電。
5、 對于采用電池供電，對續(xù)航力要求嚴苛的場合，采用非隔離供電。
五、選擇開關電源
選開關電源時，要考慮輸入電壓范圍、合適的功率、負載特性、工作環(huán)境溫度。
1、選用合適的輸入電壓范圍。以交流輸入為例，常用的輸入電壓規(guī)格有110V，220V，所以相應就有了110V、220V交流切換，以及通用輸入電壓(AC：85V-264V)三種規(guī)格。應根據(jù)使用地區(qū)選定輸入電壓規(guī)格。
2、選擇合適的功率。開關電源在工作時會消耗一部分功率，并以熱量的形式釋放出來。為了使電源的壽命增長，建議選用多30%輸出功率額定的機種。
3、考慮負載特性。為了提高系統(tǒng)的可靠性，建議開關電源工作在50%-80%負載為佳，即假設所用功率為20W，應選用輸出功率為25W-40W的開關電源。
如果負載是馬達、燈泡或電容性負載，當開機瞬間時電流較大，應選用合適電源以免過載。如果負載是馬達時應考慮停機時電壓倒灌。
4、此外尚需考慮電源的工作環(huán)境溫度，及有無額外的輔助散熱設備，在過高a的環(huán)溫電源需減額輸出。需參考環(huán)溫對輸出功率的減額曲線。
