開關(guān)電源的工作原理

開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET構(gòu)成。

開關(guān)電源的工作過程相當(dāng)容易理解，在線性電源中，讓功率晶體管工作在線性模式，與線性電源不同的是，PWM開關(guān)電源是讓功率晶體管工作在導(dǎo)通和關(guān)斷的狀態(tài)，在這兩種狀態(tài)中，加在功率晶體管上的伏安乘積是很小的（在導(dǎo)通時(shí)，電壓低，電流大；關(guān)斷時(shí)，電壓高，電流小）/功率器件上的伏安乘積就是功率半導(dǎo)體器件上所產(chǎn)生的損耗。

與線性電源相比，PWM開關(guān)電源更為有效的工作過程是通過“斬波”，即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。脈沖的占空比由開關(guān)電源的控制器來(lái)調(diào)節(jié)。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過變壓器來(lái)升高或降低。通過增加變壓器的二次繞組數(shù)就可以增加輸出的電壓值。最后這些交流波形經(jīng)過整流濾波后就得到直流輸出電壓。

開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET構(gòu)成。隨著隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，目前開關(guān)電源主要以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用到幾乎所有的電子設(shè)備，其重要性可見一斑。

基于TOP204的15V開關(guān)電源電路圖

圖為TOP204的典型應(yīng)用電路。該電源的技術(shù)特點(diǎn)是輸入電壓為交流85～265V；輸出電壓為15V±2％；額定輸出功率為30W；輸出電壓紋波不大于±50mV；線性調(diào)整率為±2％；效率為85％。電路中，由N3、D8、C7、IC2、IC3、R1～R4和C8構(gòu)成輸出電壓取樣電路，控制IC1輸出脈沖的占空比，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出電壓的目的。

調(diào)整C3和R5使振蕩頻率在30KHz-45KHz。輸出電壓需要穩(wěn)壓。輸出電流可以達(dá)到500mA.有效功率8W、效率87%。其他沒有要求就可以正常工作。

推挽式開關(guān)電源電路圖

推挽式開關(guān)電源的典型電路如下圖所示。它是一個(gè)雙端轉(zhuǎn)換電路，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側(cè)。該電路采用兩個(gè)開關(guān)管VT1和VT2。兩個(gè)開關(guān)管在外部激勵(lì)方波信號(hào)的控制下交替導(dǎo)通和截止。在變壓器T的次級(jí)組中得到方波電壓，經(jīng)整流濾波成所需的直流電壓。

這種電路的優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)開關(guān)管易于驅(qū)動(dòng)，主要缺點(diǎn)是開關(guān)管的耐壓必須達(dá)到電路峰值電壓的兩倍。電路的輸出功率比較大，一般在100-500W的范圍內(nèi)。

降壓式開關(guān)電源電路圖

降壓式開關(guān)電源的典型電路如下圖所示。當(dāng)開關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，二極管VD1截止，輸人的整流電壓經(jīng)VT1和L向Ｃ充電，這一電流使電感Ｌ中的儲(chǔ)能增加。當(dāng)開關(guān)管VT1截止時(shí)，電感Ｌ感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓，經(jīng)負(fù)載RL和續(xù)流二極管VD1釋放電感Ｌ中存儲(chǔ)的能量，維持輸出直流電壓不變。電路輸出直流電壓的高低由加在VT1基極上的脈沖寬度確定。
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這種電路使用元件少，它同下面介紹的另外兩種電路一樣，只需要利用電感、電容和二極管即可實(shí)現(xiàn)。