开关电源的工作原理 反激式转换器和正激式转换器讲解

电源中的开关稳压器和线性稳压器执行相同的任务，即从不受控制的输入电压产生稳定的输出电压。但是，他们使用多种方法执行此职责，每种方法都有优点和缺点。

只有降低（降压）输入电压，线性电源才能产生较低的输出电压。为此，BJT或MOSFET晶体管通常被迫在其线性区域内工作。

后果有两个：

1.输出电压和输入电压之间总是存在差异（VDROP）。

2.由于晶体管在线性区域中连续工作，稳压器消耗了相当大的功率，由VDROP乘以I LOAD给出，其中ILOAD是负载吸收的电流。

因此，线性稳压器的效率非常低，通常在35%和65%之间，输出电压和输入电压之间的差异越大（V DROP = V IN – VOUT），效率就越低。以线性稳压器为例，VIN = 9 V，V OUT = 5 V，I负载 = 150 mA。

该稳压器应能够耗散 600 mW 的功率（（V输入 – V输出）× I 负载），而可用输出功率为 750 mW（V 输出× I 负载）。因此，该调节器的效率约为55%。随着输出功率的增加，对高效散热的需求也在增加，这可以通过散热器获得。然而，从经济角度来看，高于几瓦的线性稳压器不再方便，因此是低功耗应用的理想解决方案。一类特殊的线性稳压器是低压差稳压器（LDO），它集成了一个能够包含VDROP（通常为几百或几十毫伏）值的特殊电路，从而提高了整体效率。线性稳压器的优点在于电路简单（需要很少的外部元件）、低成本和无开关噪声（晶体管始终在线性区域工作）。

开关电源的工作原理是在截止状态（没有电流，但开关上有高电压）和饱和状态（有高电流但开关上的电压非常小）之间快速切换晶体管。这样获得的脉冲电压随后可以通过变压器增加或减少，并最终滤波以获得直流输出电压。

开关电源可实现高效率值，通常在 65% 到 95% 之间。主要缺点在于设计复杂性和开关噪声的存在，在几种应用中必须消除开关噪声。开关电源由外部脉宽调制（PWM）信号控制，该信号确定“开关”晶体管的开关频率和占空比。它们可以分为两大类，根据输出电压施加到负载的方式而有所不同。

正激模式转换器

正激式转换器（可通过L-C输出滤波器的存在来识别）使用变压器来升高或降低输入电压，并为负载提供与交流电源电压的电气隔离。图1显示了正激转换器的基本方案。当晶体管处于导通状态（on）时，能量被传递到输出。L-C滤波器产生输出电压VOUT，其值计算如下（D是PWM信号的占空比，而N S和NP是变压器各自绕组的匝数）：

V 输出 = V输入 × D × （N S ÷ NP）

因此，通过改变占空比，可以修改输出电压值。

 

反激模式转换器

即使它基于与正激转换器相同的组件，反激式转换器的工作方式也大不相同。反激式稳压器将输入电压转换为具有较高或较低值以及正极性或负极性的输出电压。