学习目标:
了解开关稳压电源的基本原理
学习内容:
开关稳压电源的基本思想:
因为R=V/I=VT/Q;所以通过控制单位时间内晶体管上通过的电荷量,使得晶体管等效为一个电阻,其行为为使得晶体管不断处于导通与关闭的形式(使得晶体管处于开关状态),来控制其单位时间内通过的电荷量。
①连续的传递在可变电阻上,存在功率的损耗,采用开关式做传输时,不消耗功率,电压传递效率为100%。
②负载上电压是脉冲的形式,等效于平均值+基波+谐波的形式,利用低通滤波器,使得电路只剩下直流,且由于滤波器中的R会消耗能量,所以用L来代替R。
其导通时间为t1,关断时间为t2,所以其输出电压Vo=Vi*t1/(t1+t2)。
占空比δ为t1/(t1+t2)。通过调整开关频率来调整输出电压。
工作过程分析
开关闭合时,输入电压、开关、电感、负载等构成串联回路,电感上有左正右负的电压,电感中的电流随时间上升。
但是开关断开时,电感的电流回路被切断,电感中激起无穷大的电动势,电动势通过负载,输入电源加到开关,开关必然会被击穿。
所以,在开关K1与地之间,接入一个开关K2,K1闭合时K2断开,不影响正常工作;K2闭合时K1断开,为电感提供一条额外的电流通道,避免了高压导致的击穿,此开关使用续流二极管构成。
此电路的基本构成为:开关元件、续流元件、信号发生器(OSC)、滤波元件。
续流元件通常使用肖特基二极管构成,其能快速恢复,从导通到断开。
值得注意的是,由于基波频率小,Vo输出还有基波成分,即纹波,产生的原理为电容的充放电(也可通过傅里叶变换分析出来),其频率对应于开关频率,幅度取决于电容容量。
稳压方案
由于其表达式中,输出电压与输入电压以及其占空比有关,当外界条件使得输入电压发生波动时,通过调整其占空比,以实现电压的稳定。
将输出电压、占空比引入放大器负反馈,通过负反馈调整占空比,以实现稳压。
OSC为振荡器,提供锯齿波、三角波或者正弦波;PWM为脉冲宽度调制电路,通常由电压比较器构成;
PWM采用电压比较器,一端接直流,一端接锯齿波,通过比较来确定输出波形。
调制的方向与比较器的连接极性有关。
当输出上升时,通过连接的极性的变换,使得占空比下降,由此负反馈控制输出电压不变。