開關(guān)模式電源的基礎(chǔ)知識(shí)
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2023-08-07 15:53:51
后果有兩個(gè):
輸出電壓和輸入電壓之間始終存在差異(V DROP )。
由于晶體管在線性區(qū)連續(xù)工作,穩(wěn)壓器會(huì)消耗大量功率,由 V DROP乘以 I LOAD得出,其中 I LOAD是負(fù)載吸收的電流。
由此可見,線性穩(wěn)壓器的效率非常低,通常在 35% 到 65% 之間,并且輸出電壓和輸入電壓之間的差異越大(V DROP = V IN – V OUT),效率越低。以V IN = 9 V、 V OUT = 5 V 和 I LOAD = 150 mA 的線性穩(wěn)壓器為例 。
該穩(wěn)壓器應(yīng)能夠消耗 600 mW 的功率 ( (V IN – V OUT ) × I LOAD ),而可用輸出功率為 750 mW ( V OUT × I LOAD )。因此,該調(diào)節(jié)器的效率約為 55%。隨著輸出功率的增加,對(duì)高效散熱的需求也隨之增加,這可以通過散熱器實(shí)現(xiàn)。然而,在幾瓦以上,從經(jīng)濟(jì)角度來看,線性穩(wěn)壓器不再方便,因此代表了低功耗應(yīng)用的理想解決方案。一類特殊的線性穩(wěn)壓器是低壓差穩(wěn)壓器 (LDO),它集成了能夠包含 V DROP值的特殊電路 (通常為幾百或幾十毫伏),提高整體效率。線性穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)在于電路簡單(需要很少的外部元件)、成本低廉以及無開關(guān)噪聲(晶體管始終工作在線性區(qū))。
開關(guān)電源通過在截止?fàn)顟B(tài)(沒有電流流動(dòng),但開關(guān)上有高電壓)和飽和狀態(tài)(有高電流流動(dòng),但開關(guān)上電壓非常高)之間快速切換晶體管來工作。小的)。由此獲得的脈沖電壓可以隨后通過變壓器升高或降低,經(jīng)過濾波以獲得直流輸出電壓。
開關(guān)電源可實(shí)現(xiàn)高效率值,通常在 65% 到 95% 之間。主要缺點(diǎn)在于設(shè)計(jì)復(fù)雜性和開關(guān)噪聲的存在,在一些應(yīng)用中必須消除開關(guān)噪聲。開關(guān)電源由外部脈寬調(diào)制 (PWM) 信號(hào)控制,該信號(hào)決定“開關(guān)”晶體管的開關(guān)頻率和占空比。它們可分為兩大類,根據(jù)輸出電壓施加到負(fù)載的方式而有所不同。
正激模式轉(zhuǎn)換器
正激轉(zhuǎn)換器可通過 LC 輸出濾波器來識(shí)別,它使用變壓器來升高或降低輸入電壓,并為負(fù)載提供與交流電源電壓的電流隔離。 圖 1 顯示了正激轉(zhuǎn)換器的基本方案。當(dāng)晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)(導(dǎo)通)時(shí),能量傳輸?shù)捷敵觥C濾波器產(chǎn)生輸出電壓 V OUT ,其值可按下式計(jì)算(D 為PWM信號(hào)的占空比, N S 和 N P 為變壓器各繞組的匝數(shù)):
V輸出 = V輸入 × D × (NS ÷ N P )
因此,通過改變占空比,可以修改輸出電壓值。

圖1:正激變換器的基本框圖
反激式轉(zhuǎn)換器
即使反激式轉(zhuǎn)換器基于與正激轉(zhuǎn)換器相同的組件,其工作方式也大不相同。反激式調(diào)節(jié)器將輸入電壓轉(zhuǎn)換為具有較高或較低值以及正極性或負(fù)極性的輸出電壓。
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