在電氣工程領(lǐng)域，開關(guān)電源( SMPS ) 和變壓器之間的選擇對(duì)于各種應(yīng)用至關(guān)重要。這兩種技術(shù)都具有的功能、優(yōu)勢(shì)和局限性。本文深入探討了 SMPS 和變壓器是什么、它們的主要區(qū)別以及如何針對(duì)特定場(chǎng)景選擇合適的 SMPS 和變壓器。

什么是開關(guān)模式電源（SMPS）？

當(dāng)今大多數(shù)工業(yè)設(shè)施都依賴交流電 (AC) 電源，但許多工業(yè)設(shè)備需要直流電 (DC) 才能運(yùn)行。這就是開關(guān)電源 ( SMPS ) 發(fā)揮作用的地方。

開關(guān)電源，又稱開關(guān)電源，是一種集成開關(guān)調(diào)節(jié)器以高效轉(zhuǎn)換電能的電子電源轉(zhuǎn)換器。它采用高頻開關(guān)技術(shù)來提供所需的輸出電壓和電流。

圖 1：DIN 導(dǎo)軌開關(guān)電源正面視圖

1. SMPS的基本工作原理

SMPS 的運(yùn)行涉及幾個(gè)關(guān)鍵步驟：

整流：使用整流器將交流輸入轉(zhuǎn)換為直流電壓。

開關(guān)：使用高速開關(guān)晶體管將直流電壓斬成高頻交流信號(hào)。

變壓：將高頻交流電通過小型變壓器來調(diào)整電壓大小。

整流和濾波：將變換后的交流電轉(zhuǎn)換回直流電并進(jìn)行濾波以減少噪音和波紋。

2. SMPS的關(guān)鍵元件

開關(guān)晶體管：負(fù)責(zé)高速開關(guān)操作的核心元件。

變壓器：以較小的尺寸處理高頻電壓變換。

整流器：在輸入和輸出階段將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。

濾波電容器：平滑直流輸出以確保穩(wěn)定性。

控制電路：監(jiān)控并調(diào)整開關(guān)頻率和占空比，實(shí)現(xiàn)精確的電壓調(diào)節(jié)。

什么是 Transformer？

大型工業(yè)設(shè)施通常需要根據(jù)不同的機(jī)器調(diào)整電壓，這需要使用變壓器。

變壓器是一種通過電磁感應(yīng)在兩個(gè)或多個(gè)電路之間傳輸電能的電氣設(shè)備。它由纏繞在磁芯上的初級(jí)和次級(jí)繞組組成，用于改變電壓水平而不改變頻率。

1.變壓器的基本工作原理

變壓器的運(yùn)行包括：

電磁感應(yīng)：初級(jí)繞組中的交流電在磁芯中產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。

電壓變換：變化的磁場(chǎng)在次級(jí)繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓可能高于或低于初級(jí)電壓，具體取決于繞組比。

2.變壓器的關(guān)鍵元件

初級(jí)繞組和次級(jí)繞組：分別承載輸入和輸出電流的線圈。

磁芯：增強(qiáng)繞組之間的磁耦合并支持高效的能量傳輸。

絕緣材料：提供繞組和鐵芯之間的電氣隔離。

開關(guān)電源比變壓器好嗎？

開關(guān)電源 和變壓器之間的主要區(qū)別

1. 效率

SMPS：由于其高頻操作，SMPS 可限度地減少電壓調(diào)節(jié)過程中的功率損耗，從而提高效率。

變壓器：由于鐵芯和繞組中的能量損失，低頻變壓器的效率各不相同，通常效率較低。

2. 尺寸和重量

SMPS：高頻操作允許使用更小的變壓器和組件，從而實(shí)現(xiàn)更緊湊、更輕便的設(shè)計(jì)。

變壓器：由于需要大量的鐵芯和繞組材料，因此更大更重，特別是在高功率應(yīng)用中。

3.成本

SMPS：對(duì)于低功率和中功率應(yīng)用而言具有成本效益，但由于設(shè)計(jì)和組件要求復(fù)雜，對(duì)于高功率場(chǎng)景而言可能會(huì)變得昂貴。

變壓器：由于材料和結(jié)構(gòu)原因，初始成本較高，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，對(duì)于大功率應(yīng)用而言，它們是具有成本效益的。

4.性能和可靠性

SMPS：提供精確的電壓調(diào)節(jié)，能很好地適應(yīng)動(dòng)態(tài)負(fù)載條件，但易受噪聲和電磁干擾（EMI）的影響。

變壓器：可靠性高，故障點(diǎn)少，長(zhǎng)期性能穩(wěn)定。

SMPS 的優(yōu)點(diǎn)

1.高效率

SMPS 的設(shè)計(jì)目標(biāo)是以最小的功率損耗運(yùn)行，使其成為節(jié)能至關(guān)重要的應(yīng)用的理想選擇。

2. 緊湊輕便

高頻變壓器的使用使 SMPS 單元變得更小、更輕，適合便攜式或空間受限的應(yīng)用。

3.成本效益

雖然設(shè)計(jì)很復(fù)雜，但對(duì)于低功率到中等功率的應(yīng)用來說，總體制造和運(yùn)營(yíng)成本較低。

4. 加強(qiáng)監(jiān)管

開關(guān)模式電源 提供精確的電壓調(diào)節(jié)，并在變化的負(fù)載條件下表現(xiàn)良好，確保一致的輸出。

圖 2：導(dǎo)軌開關(guān)電源背面

Transformer 的優(yōu)點(diǎn)

1. 簡(jiǎn)單和耐用

變壓器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，沒有活動(dòng)部件，因此非常耐用，維護(hù)需求極低。

2.高可靠性

變壓器以其堅(jiān)固耐用而聞名，可以可靠運(yùn)行數(shù)十年，性能幾乎不會(huì)下降。

3. 低噪音、低干擾

變壓器不會(huì)產(chǎn)生高頻噪聲或 EMI，因此適用于敏感應(yīng)用。

4. 適合大功率應(yīng)用

變壓器在配電和工業(yè)運(yùn)營(yíng)等高功率和高電壓場(chǎng)景中表現(xiàn)出色。

應(yīng)用

SMPS 的優(yōu)勢(shì)：

消費(fèi)電子產(chǎn)品：為計(jì)算機(jī)、電視和電池充電器供電。

工業(yè)自動(dòng)化：為機(jī)器和系統(tǒng)提供節(jié)能的電源解決方案。

便攜式設(shè)備：醫(yī)療儀器和通訊設(shè)備的緊湊型電源。

Transformer 的優(yōu)勢(shì)：

配電：將電力從發(fā)電站輸送到最終用戶。

重工業(yè)：為制造機(jī)械提供高功率。

敏感應(yīng)用：音頻設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室儀器，無噪音運(yùn)行至關(guān)重要。

結(jié)論

了解 SMPS 和變壓器的區(qū)別、優(yōu)勢(shì)和局限性有助于在電氣工程應(yīng)用中做出明智的決策。兩種技術(shù)都，每種技術(shù)都針對(duì)特定場(chǎng)景量身定制。SMPS 設(shè)備高效緊湊，而變壓器可靠簡(jiǎn)單。仔細(xì)分析您的應(yīng)用需求將指導(dǎo)您做出最合適的選擇。當(dāng)然，如果您有任何需求，可以聯(lián)系我們NVVV，我們會(huì)詳細(xì)講解，盡力幫助您