電子設計教程8 從線性電源到開關電源

2021-10-02 12:51:21 字數 862 閱讀 5481

之前的文章已經講了了線性電源的應用,知道它的優缺點。其中,發熱嚴重,效率不高是主要的缺點。功能上也只能實現降壓。對效率要求較高,或者需要公升壓的場合,可以使用開關電源。

開關電源是利用現代電力電子技術,控制開關管開通和關斷的時間比率,維持穩定輸出電壓的一種電源,開關電源一般由脈衝寬度調製(pwm)控制晶元和開關管構成。

開關電源通過控制某個器件的通斷時間實現穩壓。這裡說的「某個器件」通常是具備開關功能的電晶體,如三極體,達林頓管,或場效電晶體。我們常常使用整合了開關管和控制電路的開關穩壓器,來控制電路通斷。電路從輸出電壓引入負反饋控制,如果電壓上公升,開關穩壓器就降低開關導通時間的比例,從而使電壓降低;如果輸出電壓太低,就增加開關導通時間的比例,從而使電壓公升高。這就是開關電源的基本原理。

可以近似認為線性穩壓電源的輸入電流與輸出電流相等,即線性穩壓電源是「恆電流」的。則線性穩壓電路自身的發熱功率為:

當輸入電壓與輸出電壓相差比較小的時候,比如5v轉3.3v,浪費掉34%(1.7/5)的能量。如果輸入電壓與輸出電壓差別比較大,比如12v轉5v,那麼將浪費掉58%(7/12)的能量,由此帶來的發熱問題更是不可忽視。

開關管與控制電路自身的能量消耗很小,理想狀態下效率幾乎能達到100%(優秀的開關電路電源可以達到90%以上)。因此有人說,開關電源是「恆功率」的。

從開關電源的原理也可以看出,如果從輸入到輸出除了開關管,沒有其它元器件,那麼輸出的電壓要麼是最大值,要麼是0,波動太大,不能夠直接使用,需要儲能元件如電感與電容,進行濾波。還需要一些其它輔助元件。這些元件有多種不同的接法,也有多種不同的功能極大拓展了開關電源的種類。比較出名的有boost,buck,以後會介紹。

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