新聞中心

EEPW首頁(yè) > 電源與新能源 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 基本電子電路:開(kāi)關(guān)電源講解

基本電子電路:開(kāi)關(guān)電源講解

作者: 時(shí)間:2012-05-28 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

做硬件工程師的,幾乎都碰到過(guò)。網(wǎng)上的資料也很多。筆者也經(jīng)常接觸,從工程應(yīng)用實(shí)踐中自己總結(jié)了一些的心得。本文力求淺顯易懂。但愿對(duì)開(kāi)關(guān)電源比較陌生的工程師能有所幫助。開(kāi)關(guān)電源是一個(gè)很大的領(lǐng)域,本文的描述僅見(jiàn)一斑,有不當(dāng)之處,望以斧正之。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/177128.htm

1:常用的開(kāi)關(guān)電源的原理——單端自激boost升壓

如上圖,開(kāi)關(guān)電源利用電感電流不能瞬間改變的原理,用ctrl信號(hào)打開(kāi)三極管,使得Vin通過(guò)電感和三極管向地流動(dòng)。由于電感電流不能突變,因此,這個(gè)回路不能理解成短路,應(yīng)理解成給電感充能。充能是通過(guò)電感流過(guò)的電流不斷增大體現(xiàn)的,電流越大,電感的儲(chǔ)能越多。

當(dāng)電感電流增加到一定程度,用ctrl關(guān)閉三極管。則電感電流的回地的路就被切斷。同樣由于電感電流不能突變,因此,電流就會(huì)通過(guò)二極管流向電容。這樣就完成一次電感通過(guò)二極管給電容充電的過(guò)程。Ctrl信號(hào)周期性不停止的復(fù)現(xiàn),宏觀(guān)上就形成從vin不斷流向電容的電流。這個(gè)過(guò)程與vout和vin電壓孰高孰低無(wú)關(guān)。意味著可升壓,也可降壓。

上面說(shuō)的切斷電感電流,迫使電流流向改變,一般叫做“反激”,上圖的電感只有一個(gè),反激點(diǎn)只有一個(gè),叫做單端。有的用2個(gè)電感,交替進(jìn)行電流流動(dòng)。做直流逆變交流時(shí),一般用2個(gè)電感,形成推挽效果。

2:如何實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓

111T55X0-0.jpg

上圖是原理。由于vout的負(fù)載不確定,因此,vout不可能穩(wěn)定在我們期望的電壓上,可能是升壓,也可能是降壓。解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是利用vout的電壓進(jìn)行反饋。當(dāng)vout電壓低于期望值時(shí),反饋信號(hào)就會(huì)調(diào)整ctrl,使它打開(kāi)三極管的時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)。則電感充能更多,從而使vout上升。反過(guò)來(lái)也一樣。

這樣ctrl信號(hào)就有了個(gè)名字,叫pwm。一般是改變它的占空比。當(dāng)vout電壓不夠時(shí),增加pwm信號(hào)占空比,使得更多的電能流向vout。

3:占空比

從原理容易理解,pwm信號(hào)不能達(dá)到100%占空比,那樣就真的短路了。當(dāng)pwm信號(hào)占空比大到一定程度時(shí),也就是剛好有時(shí)間讓三極管能開(kāi)關(guān)時(shí),電感的充能達(dá)到極大值。這個(gè)電能必須能滿(mǎn)足后續(xù)的消耗。這樣就能使vout穩(wěn)定在我們需要的電壓上。

4:實(shí)用電路

有許多成熟芯片提供Pwm信號(hào)的產(chǎn)生,并提供反饋電壓調(diào)整pwm的占空比,這類(lèi)芯片叫開(kāi)關(guān)電源芯片,是專(zhuān)門(mén)用來(lái)設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源的。下圖附一個(gè)成熟電路,是筆者在工程中應(yīng)用的。

111T52S0-1.jpg

這個(gè)芯片把三極管集成到芯片內(nèi)部,因此應(yīng)用比較簡(jiǎn)單。因?yàn)樗芴峁┑碾娏骱苄?,是給lcd供電的。+12V后面還有一個(gè)10uF/25V的電容。

5:設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源要注意的幾個(gè)問(wèn)題

A:注意電感的選擇,應(yīng)參照芯片資料,切忌理解成輸出電流多大就用多大的電感,這是許多新手容易理解錯(cuò)的地方。例如,輸出電流是0.5A,電感可不要選0.5A的哦,要按資料來(lái)選,一般是1A左右。如果電感的電流參數(shù)選小了,會(huì)很熱。二極管也一樣,電流參數(shù)不能按最終輸出電流選。電感值的大小涉及到飽和電流的問(wèn)題,即電流大到一定程度后呈現(xiàn)飽和狀態(tài),電流則會(huì)瞬間增大,不再受電流不能突變的約束。因此選擇電感時(shí),可以比資料的推薦值稍大一些。因?yàn)殡姼械恼`差比較大,市場(chǎng)常見(jiàn)的電感是±20%,所以寧大勿小的原則。買(mǎi)電感時(shí)要注意。

B:第1節(jié)的圖里的三極管,從原理易得:其導(dǎo)通電阻越小越好,開(kāi)關(guān)響應(yīng)越快越好。這2個(gè)因素是決定效率的最主要的2個(gè)方面。一般選擇mos管,要注意mos管的導(dǎo)通電阻和柵極寄生電容。芯片的輸出能否驅(qū)動(dòng)得了柵極,如果驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O的能力不夠,應(yīng)使用LM5111等驅(qū)動(dòng)芯片。

C:開(kāi)關(guān)電源的噪聲比較大,尤其它是給后續(xù)電路提供電源的,這使得后續(xù)電路的電源從骨子里就帶噪聲。這種噪聲的消除,需要使用濾波電路,必要時(shí)用π型濾波。濾波要消耗電能,這與要達(dá)到的穩(wěn)壓效果成為一對(duì)矛盾,需要工程師權(quán)衡為達(dá)到某效果需要付出多大的濾波消耗。在開(kāi)關(guān)電源后面串聯(lián)線(xiàn)性電源(例如7805等)不能顯著消除噪聲。一味加大電容也不是辦法,噪聲仍然能夠通過(guò)。不要期望既不付出電能消耗,又能消除噪聲。但是串聯(lián)電感器件的濾波電路確實(shí)更加節(jié)省一些。

D:開(kāi)關(guān)電源兩端隔離的做法是用3個(gè)線(xiàn)圈共軛,一個(gè)用于自激充能,一個(gè)用于輸出,一個(gè)用于電壓反饋。值得一提的是,這種隔離不能消除開(kāi)關(guān)引起的各種噪聲。噪聲會(huì)沿著共軛電感傳遞,而且噪聲的損耗很小。由于電壓反饋?zhàn)兂煞侵苯拥姆答?,這種電源一般具有較大的誤差,但精度受影響很小,一般都帶輸出電壓調(diào)整。市場(chǎng)常見(jiàn)的模塊電源一般都帶電壓微調(diào)。

E:開(kāi)關(guān)電源的地的布線(xiàn)。為了減少噪聲,需給噪聲盡量短的回地路線(xiàn)。第1節(jié)的圖中用了2個(gè)地符號(hào)。這2個(gè)地最終要接在一起,需要注意的是,vout后端有個(gè)電容,在這個(gè)電容的負(fù)端把2個(gè)地接在一起。這樣,開(kāi)關(guān)芯片的噪聲能最大程度的消耗在自己那邊,能大大改善vout的噪聲。

F:設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí),功率設(shè)計(jì)要至少保留1倍的余地,例如設(shè)計(jì)5V1A的開(kāi)關(guān)電源,最大功率輸出要能達(dá)到2A。不要按需求設(shè)計(jì)成1A的,那樣會(huì)使pwm占空比接近最大值,電感、mos管等都會(huì)發(fā)熱。一般掌握在穩(wěn)定輸出時(shí),pwm在50%或稍小為宜。這樣整個(gè)電路工作在一個(gè)“比較舒服”的情況下,噪聲、發(fā)熱等各方面綜合性能都比較好。

G:開(kāi)關(guān)電源的保護(hù)。從第1節(jié)的圖可以看出,當(dāng)某種原因造成ctrl電平為常高時(shí),會(huì)導(dǎo)致電感和三極管燒毀。Ctrl常低還好些,但是vin會(huì)串到vout上,對(duì)后續(xù)電路造成欠壓供電。常用的保護(hù)是在vin前端串聯(lián)一個(gè)過(guò)流保護(hù)器件,它一般是熱保護(hù),電流過(guò)大會(huì)斷開(kāi)。過(guò)一會(huì)兒又導(dǎo)通。

DIY機(jī)械鍵盤(pán)相關(guān)社區(qū):機(jī)械鍵盤(pán)DIY




評(píng)論


相關(guān)推薦

技術(shù)專(zhuān)區(qū)

關(guān)閉