电源开关稳压魔法的交流之旅

导语:开关电源的神奇之处在于它能够将单一的电压转换成用户所需的电流或电压。其操作方式涉及到晶体管全开和全关模式,这两种模式既能节约能源,又能减少余热产生。开关电源通过功率半导体器件作为控制元件,周期性地打开和关闭它们,以调整输出电压。

开关电源工作原理简单来说,就是先将交流变为直流,然后再次逆变为交流,再次整流以获得所需直流電壓。过程如下:

交流電經過整流滤波後轉換為直流。

高频PWM信号控制開關管進行高速導通與截止,使得直流變為高頻率交流供給開關變壓器。

開關變壓器次級感應出高頻交流電壓,經過整流滤波後轉換為輸出用途的直流。

輸出部分通過反饋回路調節PWM占空比,以實現穩定的輸出。

开关電源之所以受到青睞,是因為它具有小體積、輕重量、高效率(60%-70%)、抗干扰能力強、可調節範圍廣以及模組化等優點。但由於其運作在開關狀態下,會產生較多噪聲。

以下是降壓型開關電源簡單示意圖,它由開關K(通常是三極管或場效应管)、續放二極管D、儲能電感L和濾波容C構成。在閉合時,提供負載並將一些能量儲存在L中和C中。当闭合后,由于L中的自感,在输出不能立即达到输入值,一定时间后断开,由于L中的自感作用,可以形象地认为有惯性,从左往右继续运行形成一个回路。这就是储能与释放之间循环运作。通过改变闭合与断开时间,即使用脉冲宽度调制(PWM),可以控制输出电压。如果检测到输出不稳定,就会调整这段时间以保持稳定,这就是实现稳定的目的。在整个过程中,储能发生;在断开期间释放,因此称为储能线圈。而续放二极管D则负责提供给储能线圈进行输送。

功能分三个部分:

主要主路:首先将交流转换成低压高频脉冲,然后经过第二次整 流,最终得到低压直流供给负载。

控制与反馈回路:通过给予特定信号使得晶体管打开关闭,从而传递能源,并且根据采样反馈来建立一个负反馈系统来保证稳定输出。

保护机制:当异常情况发生时,如过载、过热等,可以限制当前或者完全停止供货以保护设备安全。此类保护措施包括欠压保护、过充选项以及过温防护等。