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浅谈开关电源之BUCK型开关电源

菜鸟
2009-10-23 09:23:41     打赏
对于电源来讲,有恒压电源和恒流电源,恒压电源用的最普遍,比如实验室的数字电源,笔记本用的便携式电源等。恒流电源主要用于新型产业LED驱动电源上....在恒压电源中有线性电源和开关电源,比如一个最小51单片机系统用的就是线性电源,AC220经变压和整流,滤波后用三端稳压器稳压后就能得到自己想要的电流和电压,但此种电源只能用在这小系统中,这种电源的特点是电压的尖峰和纹波比较小,脉动系数比较小,但有一个致命的缺点是,不能提供大电流,十几个毫安或者几十个毫安还是可以的,上了几个安培或者几十个安培,甚至上百个安培是绝对不能提供的,因为此种电源的效率很低,即使能提供几个安培,估计元器件早就烧坏了,效率低也致命的缺点,于是在这种情况下出现了开关电源,比如实验室用的数字电源,笔记本用的便携式电源都是基于开关电源技术,一般设计好的开关电源都可以提供大电流,开关电源的特点是效率高,但脉动系数大,尖峰和纹波也稍微大些,但设计好的开关电源尖峰和纹波也是可以很小的。开关电源一般有BUCK型(也叫降压型),BOOST(也叫升压),还有很少用到的BUCK-BOOST型(也叫升降压型),BUCK型开关电源就是降压到自己需要的电压,其基本构造一般是大功率开关管(比如大功率MOS管,一般都用MOS管,还有专门的POWER MOS)与负载串联构成,BOOST型一般是与负载并联而成,早期的开关电源是利用开关管的线性区,通过改变MOS管的导通电阻的大小来改变其上的压差,根据电阻分压原理,从而改变负载上的电压,从输出电压端采样电压后反馈到前级来有效控制MOS管的导通电阻,从而来获得稳定的输出电压,在20世纪60年代很流行,是几十亿美元产值的主要技术根据,但这种的效率还是很低,于是随后出现了MOS管工作在非线性区即开关状态下的开关电源,正是MOS管的开和断,开关电源才因此而得名,对于AC/DC的BUCK型开关电源,前级还是要经变压器降压,以及全波整流和滤波后得到Udc,此时Udc的纹波还是较大,波动范围大概与电网电压的波动成线性比,大概在正负10%左右,假设MOS管导通的时间为T1,截止的时间为T2,那么T1比(T1+T2)的值就是占空比q,假设输出电压为Uo,那么理论上Uo=q*Udc,在Udc与Uo之间需要加续流肖特基和LC滤波电路,以便得到尖峰和纹波更小的输出电压Uo,电感和电容的值不能太小,否则开关电源会设计失败,在Uo输出端需要加电阻来采样电压,然后反馈到误差放大器,误差放大器输出的电压与锯齿波构成电压比较器,输出方波,然后加驱动电路,也叫PWM驱动电路,然后控制开关管,来及时调节导通和关断的时间比,输出稳定的电压。这就是BUCK型开关电源的基本工作原理,这种电源的效率基本可以达到70%~80%,如果能有效控制电网电压的波动范围,效率还可以提高,现在基本上比较好的电源的电网电压波动可以做到正负5%(这就涉及到变压器技术)。对于DC/DC的BUCK型开关电源,效率可以更高,比如蓄电池供电,去点亮大功率LED,这时就需要驱动电路,也叫LED驱动模块(本人所在的公司就是设计此类驱动的)而驱动电路就是基于开关电源技术,由于是直流输入,输入电压的波动范围比交流输入的波动范围要小得多,所以效率可以高达90%多.....对于整个电路中的MOS管,误差放大器,电压比较器,PWM驱动电路现在有的公司已经将其做成芯片,将其集中在芯片内部,而且有的公司做的很好,误差很小,要输出稳定的,尖峰和纹波比较小的输出电压,无非就是要控制MOS管的占空比很准确,这也就成了芯片做得好与坏的区别之处,那么只要在芯片外加上续流肖特基,LC电路以及其他一些电子器件就可以构成BUCK型开关电源,当然,具体的参数,具体的波形,还是需要去调试和验证的,示波器在此的作用可以说是很大很大,在AC/DC的BUCK型开关电源中,为了得到波动范围更小的Udc,变压器技术在此的作用就显示出来,这一部分应该有专门的人去搞的...在我们国家市电是220V,50HZ,所用的变压器叫做工频变压器,有的国家市电是110V,60HZ,那么工频变压器在这就不适用了,所以就有高频变压器和低频变压器的出现等等,所以在此变压器技术也是很关键,有的名牌电源公司做的电源无论拿到那个国家都是OK的,有的电源只能在本国用,一到其他地方就不行了(这个我经历过,用香港的电子变压器给我们的LED灯供电,结果闪烁...用内地的电子变压器供电就OK)。......待续
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关键词: 浅谈     开关电源     电源     电压     变压器    

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