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机械节制

开关电源工作原理及电路图

光阴>2019-05-20 21:38:15   作者:   来源:   阅读:5   评论:0

    跟着全球对能源成就的看重,电子产品的耗能成就将愈来愈特出,如何低落其待机功耗,提高供电效力成为一个急待解决的成就。传统的线性稳压电源虽然电路布局简略、工作靠得住,但它存在着效力低(只要40% -50%)、体积大、铜铁消耗看,工作温度高及调剂规模小等缺点。为了提高效力,人咱咱们研制出了开关式稳压电源,它的效力可达85% 以上,稳压规模宽,除此之外,还具有稳压精度高、不应用电源变压器等特色,是一种较抱负的稳压电源。正因为如斯,开关式稳压电源已普遍应用于各种电子设备中,本文对各种开关电源的工作原理作一阐述。

一、开关式稳压电源的基本工作原理
    开关式稳压电源接节制办法分为调宽式和调频式两种,在实际的应用中,调宽式应用得较多,在目前开拓和应用的开关电源集成电路中,绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就重要介绍调宽式开关稳压电源。
    调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。 

调宽式开关稳压电源的基本原理

    对付单极性矩形脉冲来说,其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲目度,脉冲越宽,其直流平均电压值就越高。直流平均电压U。可由公式计算,
     即Uo=Um×T1/T
    式中Um为矩形脉冲最大电压值;T为矩形脉冲周期;T1为矩形脉冲宽度。
    从上式可以或许或许看出,当Um 与T 不变时,直流平均电压Uo 将与脉冲宽度T1 成正比。如许,只要咱咱咱们设法使脉冲宽度随稳压电源输入电压的增高而变窄,就可以或许或许到达稳固电压的偏向。

二、开关式稳压电源的原理电路
 1、基本电路

    开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。
   交换电压经整流电路及滤波电路整流滤波后,变成含有一定脉动成份的直流电压,该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波,末了再将这个方波电压经整流滤波变为所必要的直流电压。
   节制电路为一脉冲宽度调制器,它重要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化,制成为了各种开关电源用集成电路。节制电路用来调剂高频开关元件的开关光阴比例,以到达稳固输入电压的偏向。

开关式稳压电源的基本电路框图

2.单端反激式开关电源

    单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激,是指当开关管VT1 导通时,高频变压器T初级绕组的感应电压为上正下负,整流二极管VD1处于停止状况,在初级绕组中储存能量。当开关管VT1停止时,变压器T初级绕组中存储的能量,颠末过程次级绕组及VD1 整流和电容C滤波后向负载输入。

单端反激式开关电源的典型电路

    单端反激式开关电源是一种本钱最低的电源电路,输入功率为20-100W,可以或许或许同时输入分歧的电压,且有较好的电压调剂率。唯一的缺点是输入的纹波电压较大,外特性差,适用于相对固定的负载。单端反激式开关电源应用的开关管VT1 承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍,工作频率在20-200kHz之间。

3.单端正激式开关电源

    单端正激式开关电源的典型电路如图四所示。这种电路在情势上与单端反激式电路相似,但工作情形分歧。当开关管VT1导通时,VD2也导通,这时电网向负载传送能量,滤波电感L储存能量;当开关管VT1停止时,电感L颠末过程续流二极管VD3 持续向负载释放能量。

单端正激式开关电源电路

    在电路中还设有钳位线圈与二极管VD2,它可以或许将开关管VT1的最高电压限制在两倍电源电压之间。为称心磁芯复位条件,即磁通树立和复位光阴应相等,所以电路中脉冲的占空比不能大于50%。因为这种电路在开关管VT1导通时,颠末过程变压器向负载传送能量,所以输入功率规模大,可输入50-200W的功率。电路应用的变压器布局复杂,体积也较大,正因为这个原因,这种电路的实际应用较少。

4.自激式开关稳压电源

    自激式开关稳压电源电路如图五所示。这是一种利用间歇振荡电路构成的开关电源,也是目前普遍应用的基本电源之一。

自激式开关稳压电源电路

    当接入电源后在R1给开关管VT1供给启动电流,使VT1开端导通,其集电极电流Ic在L1中线性增长,在L2 中感应出使VT1 基极其正,发射极其负的正反馈电压,使VT1 很快饱和。与此同时,感应电压给C1充电,跟着C1充电电压的增高,VT1基极电位逐渐变低,致使VT1退出饱和区,Ic 开端减小,在L2 中感应出使VT1 基极其负、发射极其正的电压,使VT1 敏捷停止,这时二极管VD1导通,高频变压器T初级绕组中的储能释放给负载。在VT1停止时,L2中没有感应电压,直流供电输人电压又经R1给C1反向充电,逐渐提高VT1基极电位,使其从新导通,再次翻转到达饱和状况,电路就如许重复振荡上来。这里就像单端反激式开关电源那样,由变压器T的次级绕组向负载输入所必要的电压。

    自激式开关电源中的开关管起着开关及振荡的两重感化,也省去了节制电路。电路中因为负载位于变压器的次级且工作在反激状况,具有输人和输入互相隔离的优点。这种电路不只适用于大功率电源,亦适用于小功率电源。

5.推挽式开关电源

    推挽式开关电源电路如图六所示。它属于双端式变换电路,高频变压器的磁芯工作在磁滞回线的两侧。电路应用两个开关管VT1和VT2,两个开关管在外勉励方波信号的节制下交替的导通与停止,在变压器T次级统组获得方波电压,经整流滤波变为所必要的直流电压。

推挽式开关电源电路

    这种电路的优点是两个开关管容易驱动,重要缺点是开关管的耐压要到达两倍电路峰值电压。电路的输入功率较大,一样平常在100~500W规模内。

6.降压式开关电源

    降压式开关电源电路如图七所示。当开关管VT1 导通时,二极管VD1 停止,输人的整流电压经VT1和L向C充电,这一电流使电感L中的储能增长。当开关管VT1停止时,电感L感应出左负右正的电压,经负载RL和续流二极管VD1释放电感L中存储的能量,维持输入直流电压不变。电路输入直流电压的高低由加在VT1基极上的脉冲宽度确定。这种电路应用元件少,它同下面介绍的另外两种电路一样,只必要利用电感、电容和二极管即可实现。

降压式开关电源电路

7.升压式开关电源

    升压式开关电源的稳压电路如图八所示。当开关管 VT1 导通时,电感L储存能量。当开关管VT1 停止时,电感L感应出左负右正的电压,该电压叠加在输人电压上,经二极管VD1向负载供电,使输入电压大于输人电压,构成升压式开关电源。

升压式开关电源稳压电路

8.反转式开关电源

    反转式开关电源的典型电路如图九所示。这种电路又称为升降压式开关电源。不管开关管VT1之前的脉动直流电压高于或低于输入端的稳固电压,电路均能正常工作。

反转式开关电源

    当开关管 VT1 导通时,电感L 储存能量,二极管VD1 停止,负载RL靠电容C上次的充电电荷供电。当开关管VT1停止时,电感L中的电流中流畅,并感应出上负下正的电压,经二极管VD1向负载供电,同时给电容C充电。
    以上介绍了脉冲宽度调制式开关稳压电源的基本工作原理和各种电路范例,在实际应用中,会有各种各样的实际节制电路,但不管怎样,也都是在这些基础上睁开进去的。


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