常见的开关电源@@原理@@

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随着@@全球对能源问题的重视@@,电子产品的耗能问题将愈来愈突出@@,如何降低其待机功耗@@,提高供电效率成为一@@个急待解决的问题@@。传统的线性稳压电源虽然电路结构简单@@、工作可靠@@,但它存在@@着效率低@@(只有@@40% -50%)、体积大@@、铜铁消耗量大@@,工作温度高及调整范围小等缺点@@。为了提高效率@@,人们研制出了开关式稳压电源@@,它的效率可达@@85% 以上@@,稳压范围宽@@,除此之外@@,还具有稳压精度高@@、不使@@用电源变压器@@等特点@@,是一@@种较理想的稳压电源@@。正因为如此@@,开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备@@中@@,本文对各类开关电源@@的工作原理作一@@阐述@@。

一@@、开关式稳压电源的基本工作原理@@
        开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和@@调频式两种@@,在@@实际的应用中@@,调宽式使@@用得较多@@,在@@目前开发和@@使@@用的开关电源@@集成电路中@@,绝大多数也为脉宽调制型@@。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源@@。


       调宽式开关稳压电源的基本原理@@可参见下图@@。

调宽式开关稳压电源的基本原理@@

对于单极性矩形脉冲来说@@,其直流平均电压@@@@Uo取决于矩形脉冲的宽度@@,脉冲越宽@@,其直流平均电压@@@@值@@就越高@@。直流平均电压@@U。可由公式计算@@,
     即@@Uo=Um×T1/T


    式中@@Um为矩形脉冲最大电压值@@@@;T为矩形脉冲周期@@;T1为矩形脉冲宽度@@。


从上式可以看出@@,当@@Um 与@@T 不变时@@,直流平均电压@@Uo 将与@@脉冲宽度@@T1 成正比@@。这样@@,只要我们设法使@@脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄@@,就可以达到稳定电压的目的@@。

二@@、开关式稳压电源的原理电路@@


    1、基本电路@@

开关电源@@基本电路@@框图@@

  图二@@@@:开关电源@@基本电路@@框图@@


       开关式稳压电源的基本电路@@框图如图二@@@@所示@@。


       交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后@@,变成含有一@@定脉动成份的直流电压@@,该电压进人高频变换器被转换成所需电压值@@的方波@@,最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压@@@@。


       控制电路为一@@脉冲宽度调制器@@,它主要由取样器@@、比较器@@、振荡器@@、脉宽调制及基准电压等电路构成@@。这部分电路目前已集成化@@,制成了各种开关电源@@用集成电路@@。控制电路用来调整高频开关金宝博@@手机登录@@ 的开关时间比例@@,以达到稳定输出电压的目的@@。

      2.单端反激式开关电源@@@@
       单端反激式开关电源@@@@的典型电路如图三@@所示@@。电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在@@磁滞回线的一@@侧@@。所谓的反激@@,是指当@@开关管@@@@VT1 导通@@时@@,高频变压器@@@@T初级绕组的感应电压为上正下负@@,整流二@@极管@@@@VD1处于截止@@状态@@,在@@初级绕组中储存能量@@@@。当@@开关管@@VT1截止@@时@@,变压器@@T初级绕组中存储的能量@@@@,通过次级绕组及@@VD1 整流和@@电容@@C滤波后向@@负载@@输出@@。

单端反激式开关电源@@@@

图三@@:单端反激式开关电源@@@@

      单端反激式开关电源@@@@是一@@种成本最低的电源电路@@,输出功率为@@20-100W,可以同时输出不同的电压@@,且有较好的电压调整率@@。唯一@@的缺点是输出的纹波电压较大@@,外特性@@差@@,适用于相对固定的负载@@@@。


        单端反激式开关电源@@@@使@@用的开关管@@VT1 承受的最大反向@@电压是电路工作电压值@@的两倍@@,工作频率在@@@@20-200kHz之间@@。

        3.单端正激式开关电源@@@@
        单端正激式开关电源@@@@的典型电路如图四@@所示@@。这种电路在@@形式上与@@单端反激式电路相似@@,但工作情形不同@@。当@@开关管@@VT1导通@@时@@,VD2也导通@@@@,这时电网@@向@@负载@@传送能量@@,滤波电感@@@@L储存能量@@;当@@开关管@@VT1截止@@时@@,电感@@L通过续流二@@极管@@@@VD3 继续向@@负载@@释放能量@@。

图四@@:单端正激式开关电源@@@@

图四@@:单端正激式开关电源@@@@

 在@@电路中还设有钳位线圈与@@二@@极管@@@@VD2,它可以将开关管@@VT1的最高电压限制在@@两倍电源电压之间@@@@。为满足磁芯复位条件@@,即@@磁通建立和@@复位时间应相等@@,所以电路中脉冲的占空比不能大于@@50%。由于这种电路在@@开关管@@VT1导通@@时@@,通过变压器@@向@@负载@@传送能量@@,所以输出功率范围大@@,可输出@@50-200 W的功率@@。电路使@@用的变压器@@结构复杂@@,体积也较大@@,正因为这个原因@@,这种电路的实际应用较少@@@@。

         4.自激式开关稳压电源@@
         自激式开关稳压电源@@的典型电路如图五所示@@。这是一@@种利用间歇振荡电路组成的开关电源@@@@,也是目前广泛使@@用的基本电源之一@@@@。

自激式开关稳压电源@@

  当@@接入电源后在@@@@R1给@@开关管@@VT1提供启动电流@@,使@@VT1开始导通@@@@,其集电极电流@@Ic在@@L1中线性增长@@,在@@L2 中感应出使@@@@VT1 基极为正@@,发射极为负的正反馈电压@@,使@@VT1 很快饱和@@@@。与@@此同时@@,感应电压给@@@@C1充电@@,随着@@C1充电@@电压的增高@@,VT1基极电位@@逐渐变低@@,致使@@@@VT1退出饱和@@区@@,Ic 开始减小@@,在@@L2 中感应出使@@@@VT1 基极为负@@、发射极为正的电压@@,使@@VT1 迅速截止@@@@,这时二@@极管@@@@VD1导通@@,高频变压器@@@@T初级绕组中的储能释放给@@负载@@@@。在@@VT1截止@@时@@,L2中没有感应电压@@,直流供电输人电压又经@@R1给@@C1反向@@充电@@@@,逐渐提高@@VT1基极电位@@,使@@其重新导通@@@@,再次翻转达到饱和@@状态@@,电路就这样@@重复振荡下去@@。这里就像单端反激式开关电源@@@@那样@@,由变压器@@@@T的次级绕组向@@负载@@输出所需要的电压@@。

自激式开关电源@@中的开关管起着开关及振荡的双重作从@@,也省去了控制电路@@。电路中由于负载@@位于变压器@@的次级且工作在@@反激状态@@,具有输人和@@输出相互隔离@@的优点@@。这种电路不仅适用于大功率电源@@,亦适用于小功率电源@@。

        5.推挽式开关电源@@@@
        推挽式开关电源@@@@的典型电路如图六所示@@。它属于双端式变换电路@@,高频变压器@@@@的磁芯工作在@@磁滞回线的两侧@@。电路使@@用两个开关管@@VT1和@@VT2,两个开关管在@@外激励方波信号的控制下交替的导通@@与@@截止@@@@,在@@变压器@@@@T次级统组得到方波电压@@,经整流滤波变为所需要的直流电压@@。

 推挽式开关电源@@@@

   这种电路的优点是两个开关管容易驱动@@,主要缺点是开关管的耐压要达到两倍电路峰值@@电压@@。电路的输出功率较大@@,一@@般在@@@@100-500 W范围内@@。

         6.降压式开关电源@@@@
         降压式开关电源@@@@的典型电路@@如图七所示@@。当@@开关管@@VT1 导通@@时@@,二@@极管@@VD1 截止@@,输人的整流电压经@@VT1和@@L向@@C充电@@,这一@@电流使@@电感@@@@L中的储能增加@@。当@@开关管@@VT1截止@@时@@,电感@@L感应出左负右正的电压@@,经负载@@@@RL和@@续流二@@极管@@@@VD1释放电感@@@@L中存储的能量@@,维持输出直流电压不变@@。电路输出直流电压的高低由加在@@@@VT1基极上的脉冲宽度确定@@。

降压式开关电源@@@@的典型电路@@

  这种电路使@@用金宝博@@手机登录@@ 少@@,它同下面介绍的另外两种电路一@@样@@,只需要利用电感@@@@、电容和@@二@@极管@@即@@可实现@@。

         7.升压式开关电源@@@@
        升压式开关电源@@@@的稳压电路@@如图八所示@@。当@@开关管@@ VT1 导通@@时@@,电感@@L储存能量@@。当@@开关管@@VT1 截止@@时@@,电感@@L感应出左负右正的电压@@,该电压叠加在@@输人电压上@@,经二@@极管@@@@VD1向@@负载@@供电@@,使@@输出电压大于输人电压@@,形成升压式开关电源@@@@@@。

升压式开关电源@@@@的稳压电路@@

        8.反转式开关电源@@@@
        反转式开关电源@@@@的典型电路@@如图九所示@@。这种电路又称为升降压式开关电源@@@@@@。无论开关管@@VT1之前的脉动直流电压高于或低于输出端的稳定电压@@,电路均能正常工作@@。

 反转式开关电源@@@@的典型电路@@

       当@@开关管@@ VT1 导通@@时@@,电感@@L 储存能量@@,二@@极管@@VD1 截止@@,负载@@RL靠电容@@C上次的充电@@电荷供电@@。当@@开关管@@VT1截止@@时@@,电感@@L中的电流继续流通@@,并感应出上负下正的电压@@,经二@@极管@@@@VD1向@@负载@@供电@@,同时给@@电容@@C充电@@。

          以上@@介绍了脉冲宽度调制式开关稳压电源的基本工作原理和@@各种电路类型@@,在@@实际应用中@@,会有各种各样的实际控制电路@@,但无论怎样@@,也都是在@@这些基础上发展出来的@@。

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