文章目录
- 1. 开关电源概论
- 1.1 开关电源稳压原理
- 1.1.1 开关电源稳压原理
- 核心组成部分及其作用
- 工作过程
- 稳压原理
1. 开关电源概论
1.1 开关电源稳压原理
为了提高效率，必须使功率调整器件处于开关工作状态。
作为开关而言，导通时压降很小，几乎不消耗能量，关断时漏电流很小，也几乎不消耗能量，所以开关稳压电源的功率转换效率可达80%以上。
1.1.1 开关电源稳压原理
在开关S导通期间，输入电源
U
i
U_{i}
Ui通过开关S和电感L滤波电路提供给负载
R
L
R_L
RL。
- 在整个开通卡紧，电源 U i U_{i} Ui向负载提供能量，同时电感L储存能量。
当开关S断开时，储存在电感L中的能量通过二极管VD释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量。
在滤波电路AB间得到的电压平均值
U
A
B
U_{AB}
UAB可用以下式表示：
U
A
B
=
t
O
N
T
U
i
U_{AB} = \frac{t_{ON}}{T}U_i
UAB=TtONUi
式中，
t
O
N
t_{ON}
tON为开关每次接通的时间，T为开关通断的工作周期。
开关稳压电源的基本原理是通过控制开关管的导通与截止时间，将输入电压转换为高频脉冲电压，再经过变换、整流、滤波等环节，得到稳定的直流输出电压，其具体原理如下：
核心组成部分及其作用
- 开关管：是开关稳压电源的核心控制元件，通常采用晶体管、功率场效应管、绝缘栅双极型晶体管等半导体器件。它的主要作用是在控制电路的作用下，快速地导通和截止，从而控制输入电压的通断，以实现将输入电压转换为脉冲信号的功能.
- 储能电感：在开关管导通期间，输入电压向储能电感充电，电感储存能量；在开关管截止期间，储能电感释放能量，为负载提供持续的电流，起到平滑电流、稳定输出电压的作用.
- 滤波电容：主要用于滤除输出电压中的高频纹波成分，使输出电压更加平滑稳定，为负载提供纯净的直流电压.
- 续流二极管：在开关管截止时，为储能电感提供电流通路，使电感中的电流能够继续流动，维持负载电流的连续性，防止电感产生过高的反向电动势损坏其他元件.
- 控制电路：负责监测输出电压，并与基准电压进行比较，根据比较结果产生控制信号，调节开关管的导通与截止时间，从而实现对输出电压的稳定控制。常见的控制方式有脉冲宽度调制（PWM）、脉冲频率调制（PFM）以及 PWM 与 PFM 混合式等.
工作过程
- 开关管导通期间：开关管饱和导通，输入电压加在储能电感两端，电流通过开关管流入电感，电感中的电流线性增加，储存磁场能，此时续流二极管截止，储能电容向负载提供能量，维持负载电压的稳定.
- 开关管截止期间：开关管迅速截止，电感中的电流不能突变，根据楞次定律，电感会产生一个上负下正的自感电动势，该电动势使续流二极管导通，电感中的电流通过续流二极管流向负载，同时也对储能电容进行充电，为负载提供持续的电流，使负载两端的电压保持稳定.
稳压原理
通过控制电路不断地监测输出电压，并与设定的基准电压进行比较，根据两者的差值来调整开关管的导通时间或截止时间，从而改变输出脉冲的占空比，以达到稳定输出电压的目的.
- 脉冲宽度调制（PWM）：在 PWM 控制方式中，保持开关频率不变，通过改变脉冲宽度来调整占空比。当输出电压低于基准电压时，控制电路增加开关管的导通时间，即增大脉冲宽度，使电感储存更多的能量，从而提高输出电压；反之，当输出电压高于基准电压时，减小开关管的导通时间，即减小脉冲宽度，使电感释放的能量减少，降低输出电压，以此实现输出电压的稳定.
- 脉冲频率调制（PFM）：PFM 则是保持脉冲宽度不变，通过改变开关频率来调整占空比。当输出电压下降时，控制电路降低开关频率，使开关管在单位时间内的导通次数增加，从而增加电感的充电时间，提高输出电压；当输出电压上升时，提高开关频率，减少开关管的导通次数，降低输出电压.
