开关电源的分类
按控制方式: 脉冲调制变换器:驱动波形为方波。PWM、PFM、混合式。 谐振式变换器:驱动波形为正弦波。又分ZCS(零电流谐振开关)、ZVS(零电压谐振开关)两种。
好的,开关电源通常可以从以下几个维度进行分类:
1. 按是否进行输入/输出电气隔离分类(最关键、最核心的分类)
-
隔离型开关电源:
- 特点: 输入(一次侧/原边)和输出(二次侧/副边)之间通过高频变压器进行电气隔离。这是主流的开关电源类型。
- 优点: 安全性高(防止触电)、抗干扰能力强、输入输出电平转换方便。
- 常见拓扑结构:
- 反激式: 结构简单、成本低,广泛应用于中小功率场合(如手机充电器、笔记本电源适配器)。
- 正激式: 效率较高,变压器利用率好,常用于中等功率电源(100W-500W)。
- 推挽式: 功率密度高,常用于中大功率、需要稳定输出的场合。
- 半桥式: 功率处理能力强,变压器利用率高,广泛用于中大功率场合(PC ATX电源、工业电源)。
- 全桥式: 功率处理能力最大,变压器利用率最高,结构复杂,成本高,用于大功率应用(如焊机、大功率服务器电源)。
-
非隔离型开关电源:
- 特点: 输入和输出之间没有高频变压器进行电气隔离,存在直接的电气连接。
- 优点: 结构简单、体积小、成本低、效率通常很高。
- 缺点: 安全性较低(存在触电风险)、抗干扰能力相对较弱。
- 常见拓扑结构:
- 降压: 将输入电压降低到所需的输出电压(Vin > Vout)。
- 升压: 将输入电压升高到所需的输出电压(Vin < Vout)。
- 降压-升压: 既可以实现降压也可以实现升压(Vin可以大于或小于 Vout)。
- Cuk: 能实现升降压,输入输出电流连续,纹波较低。
- SEPIC: 能实现升降压,输出与输入同极性。
- Zeta: 能实现升降压,输出与输入同极性。
- 应用: 主要应用于对隔离要求不高、成本敏感、空间受限的内部电路板供电(如POE供电设备的部分电路、电池供电设备的内部电压转换等)。
2. 按功率变换的调制方式分类
- 脉宽调制: 这是最主流的控制方式。通过调整开关管开通时间(Ton)与开关周期(T)的比例(即占空比D = Ton/T)来控制输出电压或电流。稳定输出时,开关频率保持不变。
- 脉冲频率调制: 通过改变开关管的开关频率(f)来控制输出。开关管的开通时间(Ton)通常是固定的或在一个小范围内变化。
- 混合调制: 结合PWM和PFM的优点,在重载时采用PWM以获得高效率,在轻载时采用PFM以降低待机功耗。
3. 按输入电压性质分类
- 交流输入开关电源: 输入为交流电(AC),最常见,需要经过整流滤波。
- 直流输入开关电源: 输入为直流电(DC),如车载电源、太阳能板供电等。
4. 按输出性能分类
- 稳压型开关电源: 主要目标是保持输出电压恒定,对输出电流限制要求不高(有过流保护,但正常工作在稳压区)。最常见的类型。
- 稳流型开关电源: 主要目标是保持输出电流恒定(如LED驱动电源、电池充电)。
- 稳压稳流型开关电源: 既能在恒压模式下工作,也能在恒流模式下工作,通常在恒压和恒流之间自动切换(如可编程电源、高级电池充电器)。
5. 按电路结构形式分类
- 单管开关电源: 通常指反激式电源。
- 双管开关电源: 如半桥式、推挽式(两个开关管)。
- 四管开关电源: 主要指全桥式电源(四个开关管)。
6. 按输出功率等级分类(大致划分)
- 小功率开关电源: < 100W (常见如充电器、适配器)。
- 中功率开关电源: 100W - 1000W (常见如PC电源、工业设备电源)。
- 大功率开关电源: > 1000W (常见如通信电源、服务器电源、焊接电源)。
7. 按功率因数校正方式分类
- 无源PFC: 通常是在整流后加一个大电感(扼流圈),简单成本低,但功率因数改善有限(通常0.7-0.8),体积较大。
- 有源PFC: 使用专门的PFC控制IC和开关电路(通常是Boost拓扑),将输入电流整形为正弦波,功率因数可达0.95以上甚至接近1,是现代高性能电源的标准配置。
8. 按集成化程度分类
- 模块化电源: 将开关电源的关键电路(功率级、控制、滤波)集成封装在一个模块内,可直接安装使用,简化设计(如板载砖式电源模块)。
- 开放式电源: 没有特定外壳封装,通常作为PCB上的一个功能区域。
9. 按冷却方式分类
- 自冷/无风扇: 依赖自然对流和辐射散热,无噪音,功率较小。
- 风冷: 使用风扇强制散热,可处理更大功率,有噪音。
- 液冷: 使用液体冷却介质(水或油),用于极高功率密度或特殊环境。
10. 按应用场景分类(部分举例)
- AC-DC适配器
- PC电源
- LED驱动电源
- 通信电源
- 工业设备电源
- 医疗设备电源
- 服务器电源
- 电池充电器
总结关键分类表
| 分类维度 | 主要类别 | 关键特点或典型应用 |
|---|---|---|
| 电气隔离 | 隔离型 | 安全,抗干扰强,主流 (反激、正激、半/全桥等) |
| 非隔离型 | 简单、体积小、效率高,有触电风险 (Buck, Boost等) | |
| 调制方式 | 脉宽调制 | 最主流,固定频率,调节占空比 |
| 脉冲频率调制 | 改变频率调节,利于轻载效率 | |
| 混合调制 | 结合PWM/PFM优势 | |
| 输出性能 | 稳压型 | 最常见,保持电压恒定 |
| 稳流型 | 保持输出电流恒定 (如LED驱动) | |
| 稳压稳流型 | 自动CV/CC切换 (如可编程电源) | |
| PFC方式 | 无源PFC | 简单便宜,PF ~0.7-0.8 |
| 有源PFC | PF > 0.95,效率高,标准配置 | |
| 功率等级 | 小功率 (<100W) | 充电器、适配器 |
| 中功率 (100W-1000W) | PC电源、工业电源 | |
| 大功率 (>1000W) | 服务器电源、通信电源 | |
| 结构形式 | 单管/双管/四管 | 对应开关管数量 (如反激、半桥/推挽、全桥) |
| 集成度 | 模块化电源 | 砖式电源,易于集成 |
| 开放式电源 | PCB上的功能区域 |
理解开关电源的分类有助于根据具体应用需求(功率、隔离、成本、效率、体积、噪声等)选择合适的拓扑结构和设计方案。
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