随着全屋定制,智能家居的普及,这类产品所使用的开关电源系统在我们日常应用中也越来越普遍,随着智能系统的使用和完善,我们以后一定会或多或少的接触到开关电源;不管是使用上还是遇到故障需要判定,这都需要你对开关电源有一定的了解才能做到心里有数从而游刃有余,所以如何看懂开关电源的工作原理今后一定会成为家家户户必备的技能。 我们家用电器输入端使用的都是220V交流市电,如果我们直接用身体接触的话就会有生命危险,这是因为我们的身体是个导体,具有一定的阻值,市电经过我们人体阻值形成回路,按照欧姆定律:电阻=电压/电流,我们可以得到:电流I=电压V/电阻R;因为我们身体的阻值很小,而接触的电压为220V左右,所以经过我们身体的瞬时电流非常大,不是我们身体和心脏能承受的,所以触电时我们就会出现生命危险。 那么我们是不是就不能利用市电了? 当然不是,我们可以通过开关电源将高压电转换为我们日常使用的安全电压,我们目前最常见的开关电源应该是手机充电器,这类开关电源的主要功能是将市电220V交流通过变压器变压器,整流滤波电路转化为我们手机所需的5V直流充电电压;再通过充电线给我们的手机进行充电。下图为比较常见的一款手机充电器线路:
图为华为充电器的其中一款,从图中,我们可以看到电源的输出电压为5V,输出最大电流为2A,因为是小功率的电源,所以采用的是单管反激式开关电源的架构。
虽然我们日常看到的充电器体积很小,但是其内部结构却很完整,我们可以看到线路左上端是电源的输入部分,由保险管F1和热敏电阻NTC组成输入防止浪涌电流线路,热敏电阻在线路中起到限流作用。电感L1和整流桥BD1组成输入电压整流部分,将市电输入的交流电压整流成高压直流电压。C1、L3和C2共同构成输入电压π型滤波线路,可以将整流后的高压直流电压的纹波进行滤除,我们日常接触比较多的滤波线路应该是RC滤波线路、LC滤波线路,因为这两种滤波线路的成本比较低,所以被广泛使用;以上这些元器件共同构成我们常说的输入端整流滤波线路。
在整理滤波线路后端的R4叫做启动电阻,其主要作用就是将整流滤波后的电压导入集成芯片的高压HV脚,让芯片进行启动。
启动电阻右边的R2、C5、R3和VD3共同构成了尖峰吸收线路,主要目的是吸收变压器一次侧上的尖峰电压,有点类似于我们的滤波线路功能。
线路图的左下端线路是主输出线路,由芯片的第2脚输出一个脉冲信号,信号输送给MOS管VT1的基极,让MOS管处于开关状态。
变压器右端线路为输出端滤波线路,主要作用就是将变压器输出的电压进行整流滤波得到我们手机需要的稳定的5V电压。
上图为我们比较早使用的5V充电器线路,也就是普通充电器,而现在的充电器我们知道有快充、闪充等等,这些充电器的主要区别在充电采用的方式是利用电压充电还是利用电流充电,当我们充电电压为5V以上时,而充电电流达到2A以上时,我们称之为快充,快充采用的是增大开关电源的输出电压,从而达到快速充电的效果,这个是前几年我们比较普遍的一种充电方式,随着科技的发展,现在我们已经普遍使用的都是闪充,所谓的闪充,原理是增大开关电源的输出电流,降低输出电压来提升充电速度;我们可以举个简单的例子来区分充电的方式:我们通常把电和水进行联系理解。
比如我们的没电的手机电池就像是一个空的水瓶,我们充电时就相当于将水龙头里的水注入到矿泉水瓶里,等矿泉水瓶装满了就是充满电了;我们早期的慢充充电就像是开了一半的水龙头,这样把矿泉水瓶装满需要的时间我们假设是一个小时,后来我们创造出来快充,快充就相当于把水龙头全部拧开,这样我们矿泉水瓶装满时间就缩短到了半个小时,而现在我们使用的闪充,原理是在水龙头全部拧开的基础上,我们将水管和水龙头的出水口都变粗,这样要装满瓶子的时间一下子缩短了一大半;所以快充采用的是增大输出电压达到快速充电的效果,闪充则是在快充的基础上增加电流的大小,从而达到超快充电的效果。