開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)原理分析

  在之前我們介紹了很多直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，不過我們之前介紹的電路，包括分立元件組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路及集成穩(wěn)壓器均屬于線性穩(wěn)壓電路，這是由于其中的調(diào)整管總是工作在線性放大區(qū)。

  線性穩(wěn)壓電路的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，輸出電壓脈動較小。但是這種穩(wěn)壓電路的主要缺點(diǎn)是效率低，一般只有20％—40％。由于調(diào)整管消耗的功率較大，有時需要在調(diào)整管上安裝散熱器，致使電源的體積和重量增大，比較笨重。

直流穩(wěn)壓電源電路圖

 

  在一開始我們就提到直流穩(wěn)壓電源的很多缺點(diǎn)，像效率很低，體積大，不易于攜帶，因此我們有必要去設(shè)計(jì)一種工作效率高，并且效率也很高，那就是我們的開關(guān)電源的設(shè)計(jì)。

  先來介紹一下開關(guān)電源，開關(guān)電源的分類還有很多種,如果按開關(guān)管與負(fù)載的連接方式分：串聯(lián)型和并聯(lián)型；按開關(guān)器件的激勵方式分：自激式和他激式；按穩(wěn)壓的控制方式分：脈沖寬度調(diào)制型(PWM)、脈沖頻率調(diào)制型(PFM)和混合調(diào)制(即脈寬－頻率調(diào)制)型。按開關(guān)管的連接和工作方式分：單端式、推挽式、半橋式和全橋式；按開關(guān)管的類型分：晶體管、VMOS管和晶閘管。說了這么多了，我們先來看下開關(guān)電源的原理圖設(shè)計(jì)。
 

 

  這個工作原理我們可以先分析一下如果當(dāng) ut < uA 時，uB = + UOPP，調(diào)整管VT飽和導(dǎo)通，L存儲能量，C充電；uE =UI -UCES，VD截止。當(dāng) ut > uA 時，uB = -UOPP，調(diào)整管VT截止， L釋放能量，其感應(yīng)電動勢使D導(dǎo)通，uE =-UD，VD導(dǎo)通。

 

  從這個工作圖中我們也可以看出調(diào)整管處于開關(guān)狀態(tài)，發(fā)射極電位是高低交替的脈沖波形，經(jīng) LC 濾波電路后，負(fù)載上得到較平滑的輸出電壓，這里我們最關(guān)心的輸出電壓，對于一定的UI值，通過調(diào)節(jié)占空比即可調(diào)節(jié)輸出電壓UO。D越大，輸出電壓UO越大，故稱脈寬調(diào)制(PWM)型開關(guān)穩(wěn)壓電源。

  其實(shí)開關(guān)電源自己本身是具有穩(wěn)壓能力的，因?yàn)楫?dāng)輸出電壓升高時經(jīng)電壓比較器使uB的波形中高電平的時間減小，低電平的時間增加，調(diào)整管VT的導(dǎo)通時間ton變小，所以占空比變小D，又造成輸出電壓的降低。

  不知道大家看懂了沒有開關(guān)電源相比線性電源設(shè)計(jì)還是挺難的，但是我們只要了解下其工作原理，知道怎么回事，不至于成為一個電子盲就行。

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