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,電壓低,電流大;關(guān)斷時,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實現(xiàn)的。
開關(guān)電源伯特圖
開關(guān)電源伯特圖
脈沖的占空比由開關(guān)電源的控制器來調(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。
控制器的主要目的是保持輸出電壓穩(wěn)定,其工作過程與線性形式的控制器很類似。也就是說控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器,可以設(shè)計成與線性調(diào)節(jié)器相同。他們的不同之處在于,誤差放大器的輸出(誤差電壓)在驅(qū)動功率管之前要經(jīng)過一個電壓/脈沖寬度轉(zhuǎn)換單元。
開關(guān)電源有兩種主要的工作方式:正激式變換和升壓式變換。盡管它們各部分的布置差別很小,但是工作過程相差很大,在特定的應(yīng)用場合下各有優(yōu)點。
原理是利用電感和電容等元件作為儲能元件完成電壓轉(zhuǎn)換功能,作用主要是高效率地實現(xiàn)電壓變換和穩(wěn)定輸出,DC-DC電源和LDO電源的另一個區(qū)別是DC-DC電源既可以降壓也可以升壓還可以反相(正電壓變負(fù)電壓),而LDO電源只能降壓。
電源其實就是一個由變壓器和交流/ 直流轉(zhuǎn)換器以及相應(yīng)穩(wěn)壓電路所組成的“綜合變電器”。這個“綜合變電器”里面包含兩個主要部件—“變壓器”和“電流轉(zhuǎn)換器”,而這兩個部件本身就存在著電能的消耗,它們附屬的穩(wěn)壓電路自然也不例外,因此電源本身又是一個“耗電器”。輸入電源的能量并不能100% 轉(zhuǎn)化為供主機(jī)內(nèi)各部件使用的有效能量,這樣就出現(xiàn)了一個轉(zhuǎn)換效率的問題。
帶開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器原理是電源輸出的電壓是負(fù)電壓,正好與一般串聯(lián)式開關(guān)電源輸出的正電壓極性相反;并且由于儲能電感L只在開關(guān)K關(guān)斷時才向負(fù)載輸出電流,因此,在相同條件下,反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源輸出的電流比串聯(lián)式開關(guān)電源輸出的電流小一倍。
輸出電壓升高時,經(jīng)兩電阻,分壓后接到TL431的參考輸入端(誤差放大器的反向輸入端)的電壓升高,與TL431內(nèi)部的基準(zhǔn)參考電壓2.5V作比較,使得TL43 1陰陽極間電壓降低 ,進(jìn)而光耦二極管的電流變大 ,于是光耦集射極動態(tài)電阻變小,集射極間電壓變低,也即PWM控制芯片的反饋腳的電平變低。
一種是電荷泵器件,利用半導(dǎo)體開關(guān)元器件和電容完成升壓,類似于交流倍壓整流
另一種是用電感的電流不能突變的原理,通過關(guān)斷電感的電流通路產(chǎn)生高壓,再用電容作為儲壓元件,