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开关电源的基本组成及其工作原理

2017年05月18日 17:25 次阅读

  开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新。目前,开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

  开关电源的基本组成及其工作原理

  开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器,电子冰箱,液晶显示器,LED灯具,通讯设备,视听产品,安防监控,LED灯袋,电脑机箱,数码产品和仪器类等领域。

  开关电源的基本组成:

  开关电源大至由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源四大部份组成,见图1。

  开关电源的基本组成及其工作原理

  1. 主电路

  冲击电流限幅:限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流。

  输入滤波器:其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍本机产生的杂波反馈回电网。

  整流与滤波:将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。

  逆变:将整流后的直流电变为高频交流电,这是高频开关电源的核心部分。

  输出整流与滤波:根据负载需要,提供稳定可靠的直流电源。

  2. 控制电路

  一方面从输出端取样,与设定值进行比较,然后去控制逆变器,改变其脉宽或脉频,使输出稳定,另一方面,根据测试电路提供的数据,经保护电路鉴别,提供控制电路对电源进行各种保护措施。

  3. 检测电路

  提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。

  4. 辅助电源

  实现电源的软件(远程)启动,为保护电路和控制电路(PWM等芯片)工作供电。

  开关电源的工作原理:

  开关电源的工作过程相当容易理解,在线性电源中,让功率晶体管工作在线性模式,与线性电源不同的是,PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态,在这两种状态中,加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的(在导通时,电压低,电流大;关断时,电压高,电流小)/功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。

  与线性电源相比,PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”,即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波,其幅值就可以通过变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压值。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。

  控制器的主要目的是保持输出电压稳定,其工作过程与线性形式的控制器很类似。也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器,可以设计成与线性调节器相同。他们的不同之处在于,误差放大器的输出(误差电压)在驱动功率管之前要经过一个电压/脉冲宽度转换单元。开关电源有两种主要的工作方式:正激式变换和升压式变换。尽管它们各部分的布置差别很小,但是工作过程相差很大,在特定的应用场合下各有优点。

  开关电源的基本组成及其工作原理

  开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件,通过周期性通断开关,控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关元件以一定的时间间隔重复地接通和断开,在开关无件接通时输入电源Vi通过开关S和滤波电路向负载RL提供能量,当开关S断开时,电路中的储能装置(L1、C2、二极管D组成的电路)向负载RL释放在开关接通时所储存的能量,使负载得到连续而稳定的能量。

  VO=TON/T*Vi

  VO 为负载两端的电压平均值

  TON 为开关每次接通的时间

  T 为开关通断的工作周期

  开关电源的基本组成及其工作原理

  由式可知,改变开关接通时间和工作周期的比例,VO间电压平均值也随之改变,因此,随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便使输出电压VO维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比,这种方法称为“时间比率控制”(TImeRaTIonControl,缩写为TRC)。

  按TRC控制原理,有三种方式:

  1. 脉冲宽度调制(PulseWithModulaTIon,缩写为PWM)

  开关周期恒定,通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。

  2. 脉冲频率调制(PulseFrequencyModulaTIon,缩写为PFM)

  导通脉冲宽度恒定,通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。

  3. 混合调制

  导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定,彼此都能改变的方式,它是以上二种方式的混合。

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DVD开关电源电路图大全(厦新8156/蓝光DV...

示波器是测量电源纹波和电源噪声的必备工具

示波器是测量电源纹波和电源噪声的必备工具,但在实际的测量中,如何选择合适的带宽、采样率,如何选择探头...

发表于 2018-03-12 11:48 528次阅读
示波器是测量电源纹波和电源噪声的必备工具

开关电源EMC过不了?精良PCB板一定是开关电源...

.副边的电流比较大,为了走电流,以及整流管散热,采用了这样的布局,整流管在上,BUCK电路MOS管在...

发表于 2018-03-12 08:43 796次阅读
开关电源EMC过不了?精良PCB板一定是开关电源...

MOSFET选型注意事项及应用实例

一般IC的PWM OUT输出内部集成了限流电阻,具体数值大小同IC的峰值驱动输出能力有关,可以近似认...

发表于 2018-03-10 10:17 829次阅读
MOSFET选型注意事项及应用实例

如何通过技巧快速进行选型?电源设计浅谈

电容是开关电源中的再普通不过的器件,它可以用来降低纹波噪声,可以用来提高电源的稳定性以及瞬态响应性,...

发表于 2018-03-10 09:34 2901次阅读
如何通过技巧快速进行选型?电源设计浅谈

dcdc隔离电源电路图大全(全桥变换/推挽式/开...

本文主要介绍了dcdc隔离电源电路图大全(全桥变换/推挽式/开关稳压电源电路图详解)。UC3842是...

发表于 2018-03-09 16:54 888次阅读
dcdc隔离电源电路图大全(全桥变换/推挽式/开...

0到60v可调电源电路(稳压电源/LM723稳压...

本文主要介绍了0到60v可调电源电路(稳压电源/LM723稳压器可调电源电路详解)。本电源以LM31...

发表于 2018-03-09 16:20 1052次阅读
0到60v可调电源电路(稳压电源/LM723稳压...

LED台灯开关电源电路原理分析

本文主要介绍了LED台灯开关电源电路原理分析。SM8002C是电流模式的PWM离线式开关电源开关芯片...

发表于 2018-03-09 15:37 762次阅读
LED台灯开关电源电路原理分析

P沟道和N沟道MOSFET在开关电源中的应用

MOSFET多数是载流子器件, N沟道MOSFET在导电过程中有电子流动。 P沟道在导电期间使用被称...

发表于 2018-03-09 14:28 828次阅读
P沟道和N沟道MOSFET在开关电源中的应用

电脑电源维修电路图_电脑电源工作原理

本文主要介绍了电脑电源维修电路图_电脑电源工作原理。220V交流电经过第一、二级EMI滤波后变成较纯...

发表于 2018-03-09 08:51 1574次阅读
电脑电源维修电路图_电脑电源工作原理

简单直流降压电路图大全(五款降压变换器电路原理图...

简单直流降压电路图大全(五款简单直流降压电路原理图详解)。直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换...

发表于 2018-03-08 10:12 1963次阅读
简单直流降压电路图大全(五款降压变换器电路原理图...

开关电源设计中,环路分析可以用来做什么?

可靠性是开关电源设计的核心。虽然工程师希望通过环路分析来判断开关电源是否稳定,但是昂贵的环路分析仪令...

发表于 2018-03-07 08:30 1304次阅读
开关电源设计中,环路分析可以用来做什么?

电视机开关电源电路图大全(九款电视机开关电源电路...

本文主要介绍了电视机开关电源电路图大全(九款电视机开关电源电路原理图详解)。采用STR6309厚膜电...

发表于 2018-03-06 15:01 1016次阅读
电视机开关电源电路图大全(九款电视机开关电源电路...

开关电源节能的冷关断技术解决方案

节能减排是全人类的共同责任, 电信企业作为节能减排的践行者, 减排新技术、新项目的研究, 多措并举全...

发表于 2018-03-06 14:17 747次阅读
开关电源节能的冷关断技术解决方案

直流电源的测试与规范

本文主要介绍了直流电源的测试与规范。直流电源有正、负两个电极,正极的电位高,负极的电位低,当两个电极...

发表于 2018-03-06 10:09 380次阅读
直流电源的测试与规范

可控直流电源有哪几种

本文主要介绍了可控直流电源有哪几种,旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组,以获得可调的直...

发表于 2018-03-06 09:52 554次阅读
可控直流电源有哪几种

电源pcb设计

电源pcb设计指南,包括:PCB安规、emc、布局布线、PCB热设计、PCB工艺。

发表于 2018-03-05 15:10 664次阅读
电源pcb设计

电源电路PCB图分类

电源电路是一个电子产品的重要组成部分,电源电路设计的好坏,直接牵连产品性能的好坏。

发表于 2018-03-05 09:21 460次阅读
电源电路PCB图分类

开关电源共模电感计算与开关电源变压器共模电感设计...

在开关电源中,由于整流二极管和滤波电容以及电感中的电流或电压急剧变化,产生电磁干扰源(noise),...

发表于 2018-03-03 15:59 474次阅读
开关电源共模电感计算与开关电源变压器共模电感设计...

矿石收音机用配置电源吗

本文开始对矿石收音机的定义和优缺点进行了介绍。其次阐述了矿石收音机工作原理与矿石收音机电路图,最后分...

发表于 2018-03-02 11:43 232次阅读
矿石收音机用配置电源吗

LiFePO4电池用作军用电源的优势分析

在实际应用过程中应加控制电路进行短路保护,如果控制电路与电池之间线路短路,或者控制电路短路保护发生故...

发表于 2018-03-02 10:32 100次阅读
LiFePO4电池用作军用电源的优势分析

简单的开关电源电路图大全(六款简单的开关电源电路...

本文主要介绍了简单的开关电源电路图大全(六款简单的开关电源电路设计原理图详解)。在开关电源中电源反馈...

发表于 2018-03-02 09:25 2317次阅读
简单的开关电源电路图大全(六款简单的开关电源电路...

泰克解读物联网如何推动电源效率、测试策略的创新

正如泰克科技公司应用工程师Seshank Malap所说,物联网正在设计及测试测量中引发一波创新潮。...

发表于 2018-02-28 18:02 119次阅读
泰克解读物联网如何推动电源效率、测试策略的创新

THX203H系列数字卫星接收机电源原理与检修

THX203H⑤脚为反馈电压输入端,正常电压约为1.2v~1.8V。当输出电压升高时,三端精密稳压器...

发表于 2018-02-27 16:00 481次阅读
THX203H系列数字卫星接收机电源原理与检修

开关电源中常用的UC384系列芯片的区别解析

UC3842/3843/3844/3845这四种芯片的鉴别方法:用一个0-20V的可调电源接384X...

发表于 2018-02-24 11:18 813次阅读
开关电源中常用的UC384系列芯片的区别解析