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1.开关电源:是一种高频电能转换器件,主要采用电力电子开关器件(如晶体管、MOS晶体管、可控晶闸管等。)周期性地打开还有关掉电力电子开关器件通过控制电路,使电力电子开关器件对输入电压进行脉冲调制,从而实现电压转换、输出电压可调和自动稳压的功能。

开关电源的优点:功耗低,效率高。体积小,重量轻。稳压范围宽。

电源损耗来源:开关管损耗。电感和电容的损耗。二极管损耗。

开关电源的损耗分析:开关电源的效率可以达到90%以上,如果精心优化设计,甚至可以达到95%以上,这在手机、小型无人机等以电池为电源的场合非常重要。因此,开关电源的设计将直接影响设备的续航能力。

(1)开关管损耗:这是开关电源的主要损耗,主要包括开关损耗和导通损耗。因此,我们应该尽量选择导通电阻相对较小的开关管作为开关电源的核心元件。

(2)电感和电容损耗:电感损耗主要包括DC电阻损耗,电容损耗主要包括漏电流损耗。所以要尽量选择DC电阻较小的电感和漏电流较小的容性元件。

(3)二极管损耗:主要包括导通损耗和开关损耗。因此,应尽量选择导通压降小、反向恢复时间短的二极管,如肖特基二极管或快恢复二极管。

二、开关电源的分类:

根据调制方式的不同,可以分为脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)。目前,脉宽调制(PWM)在开关电源中占主导地位。

根据管道的连接方式,可分为串联开关电源、并联开关电源和变压器开关电源三大类。

根据输出电压的不同,可分为降压开关电源和升压开关电源。

根据输入和输出的类型,可分为交流-交流、DC-交流、交流-DC和DC-DC四种类型。这里,主要介绍DC-DC。

根据是否有电气隔离,分为隔离式开关电源和非隔离式开关电源。

开关电源的三种基本拓扑(主要是非隔离的):

通常,DC/DC变换器包括两种基本工作模式:电感电流连续模式(CCM)和电感电流不连续模式(DCM)。

(1)降压降压型:

对于CCM工作模式:

当Q1导通时,续流二极管关断,忽略NMOS晶体管的压降,电感电流线性增加。此时电感正向伏秒为(Vin-Vo)Ton。

当Q1关闭时,电感电流会t突然变化,它通过续流二极管(忽略二极管的导通压降)形成一个回路,给输出负载供电。此时电感电流减小,电感反向伏秒为Vo(T-Ton)。

根据伏秒平衡感应电压s定律,可得(Vin-Vo)Ton=Vo(T-Ton),即Vo=Vin( Ton/T )=VinD (D为占空比)。

对于DCM操作模式:

当Q1导通时,续流二极管关断,忽略NMOS晶体管的压降,电感电流线性增加。此时电感正向伏秒为(Vin-Vo)Ton。

当Q1关闭且Td满足时,电感电流可以t突然变化,通过续流二极管形成回路(忽略二极管的导通压降)给输出负载供电。此时电感电流降至零,电感反向伏秒为VoTd。

当Q1关断并达到Tc时,电感电压和电流都为零。

根据伏秒平衡感应电压s定律,可得:(Vin-Vo)Ton=VoTd,即Vo=Vin( Ton/(Ton Td))。

(2)升压升压型:

对于CCM工作模式:

当Q1导通时,NMOS管的压降忽略不计,电感的电流线性增加。在这个过程中,由于整流二极管D1的反向偏置被截止,负载由电容器C1供电,以保持负载工作。因此,正向电压-

根据伏秒平衡s电感电压定律,可以得到:VinTon=(Vo-Vin)(T-Ton),即Vo=Vin( T/(T-Ton) )=Vin/(1-D)。

对于DCM操作模式:

当Q1导通时,NMOS管的压降忽略不计,电感的电流线性增加。在这个过程中,因为整流二极管D1的反向偏置被关断,所以负载由电容器C1供电以保持负载工作。因此,电感的正向伏秒为VinTon。

当Q1关断时,由于电感的反电动势,电感的电流会t突然变化,电感通过D1、C1和RL电路给电容充电,保持负载工作。这里忽略二极管的导通压降,所以在Td时间内电感的反向伏秒为(VO-VIN) Td。

当Q1关断并达到Tc时,电感电压为零。

根据伏秒平衡s感应电压定律,可以得到:VinTon=(Vo-Vin)Td,即Vo=Vin( (Ton Td)/Td)。

(3)升降压型:

对于CCM工作模式:

当Q1导通时,NMOS管的压降忽略不计,电感的电流线性增加。在这个过程中,二极管D的反向偏置被关断,因此负载由电容器Cf供电,以保持负载工作。因此,电感的正向伏秒为VinTon。

当Q1关断时,由于电感的反电动势,电感的电流会不要突然改变。电感通过D、CF和RL电路给电容充电,保持负载工作。这里忽略二极管的导通压降,所以电感的反向伏秒为:-Vo(T-Ton)

根据伏秒平衡电感电压的s定律,我们可以得到:VinTon=-Vo(T-Ton),即VO=vin(Ton/(Ton-T))=-vin(d/(1-d))。

对于DCM操作模式:

当Q1导通时,NMOS管的压降忽略不计,电感的电流线性增加。在这个过程中,二极管D的反向偏置被关断,因此负载由电容器Cf供电,以保持负载工作。因此,电感的正向伏秒为VinTon。

当Q1关断时,由于电感的反电动势,电感的电流会不要突然改变。电感通过D、CF和RL电路给电容充电,保持负载工作。这里忽略二极管的导通压降,所以电感的反向伏秒为:-VoTd。

根据伏秒平衡s电感电压定律,可以得到VinTon=-VoTd,即Vo=-Vin(Ton/Td)。

四。开关电源的同步整流技术:由于二极管导通至少存在0.3V的导通压降,续流二极管消耗的功率将成为DC/DC开关电源的主要功耗,从而严重限制效率的提高。为了解决这个问题,续流二极管被导通电阻极低(一般几十毫欧左右)的MOS管取代。然后,控制器同时控制开关管和同步整流管,保证两个MOS管不能同时导通,否则会发生短路,烧坏电路。

动词(verb的缩写)开关电源负反馈技术:和LDO一样,开关电源通过电压负反馈网络实现电压稳定。因此,完整的开关电源系统还必须包括分压采样电路、基准电压、误差比较电路、占空比控制电路和晶体管(MOS管)调整电路五个部分。

(1)电感和电容组成低通滤波电路(尽量使低通滤波器的截止频率小于开关频率为好),用来滤除开关电源输出的纹波。以下是开关电源中电感值的计算公式(一般电源的纹波要求小于5%)。

(2)提高开关电源的开关频率会降低输出纹波。在同等条件下,开关频率越高的芯片,输出纹波越小,电感电容越小。但需要注意的是,开关频率的提高也会增加开关管的开关损耗,导致开关电源的效率下降。所以如何在性能上妥协是需要考虑的问题,这也是大自然的奇妙之处。

关闭电源的开关频率将降低输出纹波。在相同的条件下,芯片的高

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