分类说明开关电源定义及工作原理对运算放大器的影响

  仪器网 ·  2012-08-15 15:33  ·  49458 次点击
开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的导通与截止.将直流电**为高频率的交流电提供给变压器进行变压,从而产生所需要的一组或多组电压的电源。
开关电源由以下几个部分组成:
一、主电路从交流电网输入、直流输出的全过程,包括:
1、输入滤波器:其作用是将电网存在的杂波过滤,同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。
2、整流与滤波:将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电,以供下一级变换。
3、逆变:将整流后的直流电变为高频交流电,这是高频开关电源的核心部分,频率越高,体积、重量与输出功率之比越小。
4、输出整流与滤波:根据负载需要,提供稳定可靠的直流电源。
二、控制电路一方面从输出端取样,经与设定标准进行比较,然后去控制逆变器,改变其频率或脉宽,达到输出稳定.
开关电源的三个条件
1、开关:电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态
2、高频:电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频
3、直流:开关电源输出的是直流而不是交流
开关电源的工作原理
现在,大多数的外设都使用开关电源进行变压。虽然开关电源具有体积小,工作效率高,稳压效果好等特点,但是由于开关电源是直接与市电相连的,市电电压的变化和浪涌都可能造成开关电源的损坏。开关电源的电路较为复杂,不少爱好者对电源损坏束手无策,其实,只要我们对它有一定的了解,维修起来也并非难事。
开关电源的原理大致相同,在这里,我们以HP3748打印机配套的开关电源无电压输出为例,来讲解开关电源的工作原理与故障检查的方法。
开关电源的分类
人们经常关注的开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件,边开发开关变频技术,两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。
开关电源大体可以分为隔离和非隔离两种,隔离型的必定有开关变压器,而非隔离的未必一定有。它可分为ac/dc和dc/dc两大类,dc/dc变换器现已实现模块化,且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化,并已得到用户的认可,但ac/dc的模块化,因其自身的特性使得在模块化的进程中,遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。
ac/dc变换是将交流变换为直流,其功率流向可以是双向的,功率流由电源流向负载的称为“整流”,功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。ac/dc变换器输入为50/60hz的交流电,因必须经整流、滤波,因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的,同时因遇到安全标准(如ul、ccee等)及emc指令的限制(如iec、fcc、csa),交流输入侧必须加emc滤波及使用符合安全标准的元件,这样就限制ac/dc电源体积的小型化,另外,由于内部的高频、高压、大电流开关动作,使得解决emc电磁兼容问题难度加大,也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求,由于同样的原因,高电压、大电流开关使得电源工作消耗增大,限制了ac/dc变换器模块化的进程,因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。
开关电源对运算放大器的影响
一般模拟量信号进入ADC芯片之前,要利用运算放大器进行信号调理,以提供必要的电平变换、滤波、ADC芯片驱动等等。运算放大器与ADC相接口时,容易受到电源的影响,从而也影响ADC芯片采集的稳定。图2是运算放大器与ADC的典型接口图。
大多ADC芯片内部的模拟输入端都具有一个采样电容Cin,电阻R1对运放输出限流,数倍于采样电容的陶瓷电容C1使得开关SW合上的瞬间,通过C1迅速给采样电容Cin充电。R1、C1的具体数值,与运放的稳定性、建立时间、ADC采样时间、需要的采样精度有关。
这里要指出的是,在上述过程中,运放的电源也会起很大的作用。在运放对电容充电期间,瞬间需要较大的电流,而开关电源的负载响应时间不够,将造成比较大的电源纹波,影响运放的输出。比如采用C1=10Cin=250pF,则当SW从别的通道(假设为-5V)切到AI0通道(假设+5V)时,Cin从-5V切换到C1上的电压+5V,C1迅速给Cin充电,最终电压为(5V×10-5V)/11=4.09V,运放输出要从5V变到4.09V,R1太小容易带来运放输出稳定性问题,同时也会对运放输出电流带来冲击,影响电源电压。

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