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      工頻變壓器及開關電源的工作原理

      2020-07-31

      轉載自【電工學習網】

      工頻變壓器的工作原理比較簡單,由初級線圈輸入的工頻交流電壓轉換成磁場,經過導磁材料(通常為硅鋼片)傳輸到次級線圈感應出電壓。輸出的為頻率與輸入頻率相同,電壓按照初次級的線圈匝數比降低的電壓(如果次級的匝數多就是升壓)。由于變壓器輸出的是交流電,而大部分的電器電路使用的為直流電,變壓器輸出的電壓還需經過整流、濾波、穩壓等電路,變成相對平滑穩定的電壓供負載電路部分工作。

      開關電源的核心變壓元件仍然為變壓器,并且同樣遵循電壓比等于匝數比的規則。與工頻變壓器不同的是,開關電源需要提升工作頻率,也就是需要將低頻的交流電壓變為高頻的交流電壓,這就需要額外控制電路的實現。因為電路的工作是需要直流電的,所以要先將輸入的交流電壓經過整流,變為直流電壓,才能通過后面的電路進行控制。下面以一個常用的手機充電器電路為例,簡單了解一下開關電源的工作原理。

      輸入的220V交流電壓經過整流和濾波之后,會變成310V左右的直流電壓(也就是220V交流電壓的峰值),下面就需要把這個直流電變成高頻的交流電。想要把這個電壓變成高頻交流電,最簡單的方法就是使用一個開關,使開關快速地斷開與閉合,這樣就可以把直流電變成高速的脈沖直流電壓,實現這個開關的元件就是晶體管。晶體管,包括常用的三極管和場效應管等,這兩種元件都是可以作為電子開關來使用的,也就是通過一個引腳的電壓控制(三極管的基極以及場效應管的柵極),就可以使另外的兩個引腳實現通斷的控制。
      有了開關,接下來就需要有控制這個開關的電路,這個電路的作用就是輸出高速的開關信號控制開關管的導通與截止,這個電路叫做振蕩電路。開關電源的振蕩電路是分很多種的,無論哪一種,作用都是給開關管提供控制信號。
      經過控制電路的控制,輸入的電壓就由低頻的交流電變成了高頻的脈沖直流電壓,輸入到變壓器進行降壓,由變壓器輸出的電壓同樣會經過整流、濾波變成直流電輸出,提供給負載工作。與工頻變壓器有所不同的是,開關電源還多了一部分電壓檢測電路,它將輸出的電壓信號通過檢測后反饋到變壓器初級的控制電路中進行調壓,這樣就使得開關電源輸出電壓的穩定性有所提高,并且可以有很寬的輸入電壓范圍。所以開關電源的工作過程,實際上是由交流-直流,直流-交流,再經過交流-直流的幾個過程實現的。

      在這里可能會有一個疑問,變壓器不是只能通過交流電嗎,為什么開關電源的直流電也能通過變壓器變壓?變壓器確實是只能通過交流電的,具體一點講就是需要有磁通量的變化,工頻交流電由于是正弦波,并且存在正負半周,這樣就會產生磁通量的變化。開關電源是由開關管把直流電變成脈沖直流的,開關管由截止到導通,再由導通到截止同樣會產生磁通量的變化。


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