开关电源一般有三种工作模式:频率、脉冲宽度固定模式,频率固定、脉冲宽度可变模式,频率、脉冲宽度可变模式。前一种工作模式多用于DC/AC逆变电源,或DC/DC电压变换;后两种工作模式多用于开关稳压电源。另外,开关电源输出电压也有三种工作方式:直接输出电压方式、平均值输出电压方式、幅值输出电压方式。同样,前一种工作方式多用于DC/AC逆变电源,或DC/DC电压变换;后两种工作方式多用于开关稳压电源。
顾名思义,开关电源就是利用电子开关器件(如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等),通过控制电路,使电子开关器件不停地“接通”和“关断”,让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制,从而实现DC/AC、DC/DC电压变换,以及输出电压可调和自动稳压。
根据开关器件在电路中连接的方式,目前比较广泛使用的开关电源,大体上可分为:串联式开关电源、并联式开关电源、变压器式开关电源等三大类。其中,变压器式开关电源(后面简称变压器开关电源)还可以进一步分成:推挽式、半桥式、全桥式等多种;根据变压器的激励和输出电压的相位,又可以分成:正激式、反激式、单激式和双激式等多种;如果从用途上来分,还可以分成更多种类。
下面我们先对串联式、并联式、变压器式等三种最基本的模块电源模块电源工作原理进行简单介绍,其它种类的开关电源也将逐步进行详细分析。
串联式开关电源
串联式开关电源的工作原理
当控制开关K接通的时候,开关电源就向负载R输出一个脉冲宽度为Ton,幅度为Ui的脉冲电压Up;当控制开关K关断的时候,又相当于开关电源向负载R输出一个脉冲宽度为Toff,幅度为0的脉冲电压。这样,控制开关K不停地“接通”和“关断”,在负载两端就可以得到一个脉冲调制的输出电压uo 。
控制开关K输出电压uo是一个脉冲调制方波,脉冲幅度Up等于输入电压Ui,脉冲宽度等于控制开关K的接通时间Ton,由此可求得串联式开关电源输出电压uo的平均值Ua为:
式中Ton为控制开关K接通的时间,T为控制开关K的工作周期。改变控制开关K接通时间Ton与关断时间Toff的比例,就可以改变输出电压uo的平均值Ua 。一般人们都把 称为占空比(Duty),用D来表示,即:
串联式开关电源输出电压uo的幅值Up等于输入电压Ui,其输出电压uo的平均值Ua总是小于输入电压Ui,因此,串联式开关电源一般都是以平均值Ua为变量输出电压。所以,串联式模块电源属于降压型开关电源。
串联式开关电源也有人称它为斩波器,由于它工作原理简单,工作效率很高,因此其在输出功率控制方面应用很广。例如,电动摩托车速度控制器以及灯光电源控制器电源控制器等,都是属于串联式开关电源的应用。如果串联式开关电源只单纯用于功率输出控制,电压输出可以不用接整流滤波电路,而直接给负载提供功率输出;但如果用于稳压输出,则必须要经过整流滤波。
串联式开关电源的缺点是输入与输出共用一个地,因此,容易产生EMI干扰和底板带电,当输入电压为市电整流输出电压的时候,容易引起触电,对人身不安全。
有奖活动 | |
---|---|
奖!发布技术笔记,技术评测贴换取您心仪的礼品 | |
【有奖活动】震撼来袭!这场直播将直击工程师的心灵! | |
“我想要一部加热台”活动,不花钱赢取开发好工具!活动开始了哦 | |
【有奖活动】伙伴们:您的“需求”解决了吗? | |
抽奖了,抽奖了,金升阳医疗电源 |
打赏帖 | |
---|---|
【换取手持数字示波器】+与同事对定时器输出相位可调PWM移相全桥控制分享被打赏50分 | |
【换取手持数字示波器】+LP-MSPM0L1306开发板试用体验+串口被打赏40分 | |
CC-RL编译器相关问题求助被打赏10分 | |
【换取手持数字示波器】+与同事对ESP-12开发调试经验分享被打赏50分 | |
【换取手持数字示波器】+同事tek示波器调试spi解析被打赏50分 | |
【换取手持数字示波器】+2.6寸墨水屏调试经验被打赏50分 | |
换取手持数字示波器+个人开关电源的设计经验被打赏50分 | |
【换取手持数字示波器】+【APT32F173测评】+URAT被打赏20分 | |
【换取手持数字示波器】CH32X035的定时器以及外部中断体验被打赏50分 | |
【换取手持数字示波器】CH32X035搭建开发环境(RISC-V)被打赏50分 |