開關(guān)穩(wěn)壓電源簡介和原理分析
根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài),我們常把穩(wěn)壓電源分成兩類:線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源是一種比較新型的電源。開關(guān)穩(wěn)壓電源(以下簡稱開關(guān)電源)問世后,在很多領(lǐng)域逐步取代了線性穩(wěn)壓電源和晶閘管相控電源。早期出現(xiàn)的是串聯(lián)型開關(guān)電源,其主電路拓?fù)渑c線性電源相仿,但功率晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)。隨著脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)的發(fā)展,PWM開關(guān)電源問世,它的特點(diǎn)是用20kHz的載波進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制,電源的效率可達(dá)65%~70%,而線性電源的效率只有30%~40%。因此,用工作頻率為20 kHz的PWM開關(guān)電源替代線性電源,可大幅度節(jié)約能源,從而引起了人們的廣泛關(guān)注,在電源技術(shù)發(fā)展史上被譽(yù)為20kHz革命。
隨著超大規(guī)模集成(ultra-large-scale-integrated-ULSI)芯片尺寸的不斷減小,電源的尺寸與微處理器相比要大得多;而航天、潛艇、軍用開關(guān)電源以及用電池的便攜式電子設(shè)備(如手提計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話等)更需要小型化、輕量化的電源。因此,對開關(guān)電源提出了小型輕量要求,包括磁性元件和電容的體積重量也要小。此外,還要求開關(guān)電源效率要更高,性能更好,可靠性更高等。這一切高新要求便促進(jìn)了開關(guān)電源的不斷發(fā)展和進(jìn)步。
開關(guān)穩(wěn)壓電源原理
通過下圖,我們來簡單的說說降壓型開關(guān)電源的工作原理。如圖所示,電路由開關(guān)K(實(shí)際電路中為三極管或者場效應(yīng)管),續(xù)流二極管D,儲(chǔ)能電感L,濾波電容C等構(gòu)成。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí),電源通過開關(guān)K、電感L給負(fù)載供電,并將部分電能儲(chǔ)存在電感L以及電容C中。由于電感L的自感,在開關(guān)接通后,電流增大得比較緩慢,即輸出不能立刻達(dá)到電源電壓值。一定時(shí)間后,開關(guān)斷開,由于電感L的自感作用(可以比較形象的認(rèn)為電感中的電流有慣性作用),將保持電路中的電流不變,即從左往右繼續(xù)流。這電流流過負(fù)載,從地線返回,流到續(xù)流二極管D的正極,經(jīng)過二極管D,返回電感L的左端,從而形成了一個(gè)回路。通過控制開關(guān)閉合跟斷開的時(shí)間(即PWM——脈沖寬度調(diào)制),就可以控制輸出電壓。如果通過檢測輸出電壓來控制開、關(guān)的時(shí)間,以保持輸出電壓不變,這就實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。
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