常用開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本工作原理

本文將以詳盡的開(kāi)關(guān)電源案例分析為手段，深入探討各類(lèi)開(kāi)關(guān)電源的工作原理和應(yīng)用場(chǎng)景。首先，我們將聚焦于單端正激式開(kāi)關(guān)電源，通過(guò)對(duì)其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)的剖析，揭示其如何實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的電壓轉(zhuǎn)換。在此基礎(chǔ)上，我們將進(jìn)一步分析自激式開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)，探討其在無(wú)外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)情況下如何實(shí)現(xiàn)自我振蕩和電壓輸出的過(guò)程。

接下來(lái)，本文將介紹推挽式開(kāi)關(guān)電源，這種電源通過(guò)兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的交替工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入電壓的雙向利用，從而提高了電源的效率和功率密度。此外，我們還將詳細(xì)闡述降壓式開(kāi)關(guān)電源和升壓式開(kāi)關(guān)電源的工作原理，這兩種電源分別適用于需要將電壓降低和升高的場(chǎng)合，為各種電子設(shè)備提供了靈活的電源解決方案。

最后，我們將關(guān)注反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源，這種電源通過(guò)改變開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了輸出電壓的極性反轉(zhuǎn)，為某些特殊設(shè)備提供了必要的電源支持。通過(guò)這一系列案例分析，本文旨在幫助讀者深入理解各類(lèi)開(kāi)關(guān)電源的工作原理和應(yīng)用特點(diǎn)，為實(shí)際工程應(yīng)用提供有益的參考。

在全球?qū)δ茉磫?wèn)題日益重視的背景下，電子產(chǎn)品的耗能問(wèn)題逐漸凸顯，成為了亟待解決的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源雖然以其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、工作穩(wěn)定可靠而受到青睞，然而，其效率低(僅40%-50%)、體積龐大、銅鐵消耗量大、工作溫度高以及調(diào)整范圍有限等缺點(diǎn)也日益明顯。

為了克服這些局限，人類(lèi)研制出了開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，這一創(chuàng)新技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提升了能源使用效率，甚至可以達(dá)到85%以上。不僅如此，開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源還具有寬穩(wěn)壓范圍、高精度穩(wěn)壓、無(wú)需電源變壓器等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，成為了一種理想的穩(wěn)壓電源選擇。

正是基于這些顯著優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源在各類(lèi)電子設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。本文將對(duì)各類(lèi)開(kāi)關(guān)電源的工作原理進(jìn)行深入剖析，旨在更好地理解其工作原理，為未來(lái)的能源利用和電子設(shè)備發(fā)展提供參考。

一、開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本工作原理

開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的控制方式主要分為調(diào)寬式和調(diào)頻式兩種。這兩種方式各有特點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中，調(diào)寬式由于其優(yōu)越的性能和經(jīng)濟(jì)性而備受青睞。

調(diào)寬式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，顧名思義，是通過(guò)調(diào)整開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的穩(wěn)定。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快，輸出電壓的紋波小，且易于實(shí)現(xiàn)。在開(kāi)關(guān)電源集成電路中，絕大多數(shù)都是采用脈寬調(diào)制型，即PWM(Pulse Width Modulation)技術(shù)。

PWM技術(shù)是一種非常有效的電源控制技術(shù)，它通過(guò)不斷地調(diào)整開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，即脈沖寬度，來(lái)保持輸出電壓的穩(wěn)定。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，控制器會(huì)減小開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，從而降低輸出電壓;反之，當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，控制器會(huì)增加開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，以提高輸出電壓。通過(guò)這種方式，PWM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸出電壓的精確控制。

除了PWM技術(shù)外，調(diào)頻式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源也是一種常見(jiàn)的控制方式。它通過(guò)改變開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。然而，由于調(diào)頻式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源在實(shí)現(xiàn)上相對(duì)復(fù)雜，且對(duì)元器件的要求較高，因此在實(shí)際應(yīng)用中并不如調(diào)寬式廣泛。

綜上所述，調(diào)寬式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源是目前使用最為廣泛的一種電源控制方式。其基于PWM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式具有響應(yīng)速度快、輸出電壓穩(wěn)定、紋波小等優(yōu)點(diǎn)，因此在各種電子設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。

開(kāi)關(guān)電源就是用通過(guò)電路控制開(kāi)關(guān)管進(jìn)行高速的導(dǎo)通與截止。

將直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給變壓器進(jìn)行變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓!轉(zhuǎn)為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比50HZ高很多.所以開(kāi)關(guān)變壓器可以做的很小，而且工作時(shí)不是很熱!!成本很低.如果不將50HZ變?yōu)楦哳l那開(kāi)關(guān)電源就沒(méi)有意義。

開(kāi)關(guān)電源的工作流程是：

電源→輸入濾波器→全橋整流→直流濾波→開(kāi)關(guān)管(振蕩逆變)→開(kāi)關(guān)變壓器→輸出整流與濾波。

交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流

通過(guò)高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)控制開(kāi)關(guān)管，將那個(gè)直流加到開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)上

開(kāi)關(guān)變壓器次級(jí)感應(yīng)出高頻電壓，經(jīng)整流濾波供給負(fù)載

輸出部分通過(guò)一定的電路反饋給控制電路，控制PWM占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的

交流電源輸入時(shí)一般要經(jīng)過(guò)扼流圈一類(lèi)的東西，過(guò)濾掉電網(wǎng)上的干擾，同時(shí)也過(guò)濾掉電源對(duì)電網(wǎng)的干擾;

在功率相同時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率越高，開(kāi)關(guān)變壓器的體積就越小，但對(duì)開(kāi)關(guān)管的要求就越高;

開(kāi)關(guān)變壓器的次級(jí)可以有多個(gè)繞組或一個(gè)繞組有多個(gè)抽頭，以得到需要的輸出;

一般還應(yīng)該增加一些保護(hù)電路，比如空載、短路等保護(hù)，否則可能會(huì)燒毀開(kāi)關(guān)電源。

主要用于工業(yè)以及一些家用電器上，如電視機(jī)，電腦等

開(kāi)關(guān)電源原理分析

a》 開(kāi)關(guān)S開(kāi)通后，變壓器繞組N1兩端的電壓為上正下負(fù)，與其耦合的N2繞組兩端的電壓也是上正下負(fù)。因此VD1處于通態(tài)，VD2為斷態(tài)，電感L的電流逐漸增長(zhǎng);

b》 S關(guān)斷后，電感L通過(guò)VD2續(xù)流，VD1關(guān)斷.S關(guān)斷后變壓器的激磁電流經(jīng)N3繞組和VD3流回電源，所以S關(guān)斷后承受電壓。

c》 變壓器的磁心復(fù)位：開(kāi)關(guān)S開(kāi)通后，變壓器的激磁電流由零開(kāi)始，隨著時(shí)間的增加而線性的增長(zhǎng)，直到S關(guān)斷。為防止變壓器的激磁電感飽和，必須設(shè)法使激磁電流在S關(guān)斷后到下一次再開(kāi)通的一段時(shí)間內(nèi)降回零，這一過(guò)程稱(chēng)為變壓器的磁心復(fù)位。

正激電路的理想化波形：

變壓器的磁心復(fù)位時(shí)間為：

Tist=N3*Ton/N1

輸出電壓：輸出濾波電感電流連續(xù)的情況下：

Uo/Ui=N2Ton/N1T

磁心復(fù)位過(guò)程：

2、反激電路

反激電路原理圖

反激電路中的變壓器起著儲(chǔ)能元件的作用，可以看作是一對(duì)相互耦合的電感。

工作過(guò)程：

S開(kāi)通后，VD處于斷態(tài)，N1繞組的電流線性增長(zhǎng)，電感儲(chǔ)能增加;

S關(guān)斷后，N1繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場(chǎng)能量通過(guò)N2繞組和VD向輸出端釋放.S關(guān)斷后的電壓為：us=Ui+N1*Uo/N2

反激電路的工作模式：

電流連續(xù)模式：當(dāng)S開(kāi)通時(shí)，N2繞組中的電流尚未下降到零。

輸出電壓關(guān)系：Uo/Ui=N2ton/N1toff

電流斷續(xù)模式：S開(kāi)通前，N2繞組中的電流已經(jīng)下降到零。

輸出電壓高于上式的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下， ，因此反激電路不應(yīng)工作于負(fù)載開(kāi)路狀態(tài)。