最简单开关电源原理图
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好的,这个是最简单开关电源(Buck降压型,非隔离)的基本原理图及中文解释:
(交流输入) (直流高压) (高频方波) (平滑直流输出)
市电AC 220V ~ -> [整流桥] -> [滤波电容] -> [开关管] -- [控制信号] --|-> [电感] -> [续流二极管] -> [输出滤波电容] -> 直流负载 (如12V)
| | | |-> GND | | |
| | |---------------------------| | |
⬇ ⬇ ⬇ ⬇ ⬇
N线 GND GND GND GND
主要元器件及功能解释:
- 整流桥: 由4个二极管组成。将输入的交流电 (AC) (通常是市电220V) 转换成脉动的直流电 (DC)。
- 滤波电容 (输入电容): 通常是一个大容量的电解电容。它的作用是平滑整流桥输出的脉动直流电,将其滤成相对平稳的高压直流电 (对于220V输入,大约在300V DC左右)。
- 开关管: 通常是一个MOSFET晶体管或三极管。它是整个开关电源的核心控制开关。它根据控制电路发送的信号,以极高的频率 (通常在几十kHz到几MHz) 快速地导通 (ON) 和关断 (OFF)。就像是一个非常快速的、电子控制的水龙头。
- 控制电路 (图中控制信号部分, 最简示意图通常包含但不限于以下部分):
- 脉冲宽度调制 (PWM) 控制器: 例如经典的 TL494、 UC384x 系列芯片。这个芯片是“大脑”。
- 电压反馈/采样: 通常通过电阻分压网络采集输出端的电压。
- 比较/调整: PWM 控制器将采样电压与一个内部精密参考电压 (如2.5V) 进行比较。如果输出电压变低了,说明负载需要更多能量,控制器就会增大 MOSFET 导通的时间 (脉宽);如果输出电压变高了,说明负载需要较少能量,控制器就会减小 MOSFET 导通的时间。这就是脉宽调制 (PWM)。
- 驱动: 控制器会输出一个合适的脉冲信号 (方波) 去驱动 开关管 的栅极 (基极)。
- 电感 (扼流圈): 它是一个具有储能特性的元件。
- 当开关管导通 (ON) 时,高压直流通过电感和负载形成回路。电感开始储存磁能,电流线性增加。此时续流二极管反向截止。
- 当开关管关断 (OFF) 时,电感为了维持原来电流的方向,会感应出一个电动势 (左负右正),使得续流二极管导通。储存在电感中的磁能转化为电能,通过续流二极管和负载形成回路继续为负载供电,电流线性减小。没有电感,电压会被直接拉低或切断。
- 续流二极管 (Flyback Diode / Freewheeling Diode): 通常是一个快恢复二极管或肖特基二极管。其作用就是在开关管关断期间,为电感中持续流动的电流提供一条泄放通路,让电感储存的能量可以继续供给负载。如果没有它,电感在关断瞬间会产生很高的反向电压尖峰,可能击穿开关管。
- 输出滤波电容: 通常是一个或多个电解电容并联。它的作用是平滑流过电感的脉动电流,滤除高频纹波,为负载提供平稳、干净的直流输出电压。
- (图中未显式标明): GND (地线): 整个电路的公共参考点。输入高压地、控制电路地、输出低压地在非隔离电源中通常是连在一起的。
工作原理简要流程:
- 整流滤波: 交流输入经整流桥变为脉动直流,再经输入滤波电容变为高压直流。
- 高频斩波: 开关管 在 控制电路 (PWM) 的精确控制下,以极高的频率将高压直流电“斩” 成一系列高频方波电压脉冲 (
开关管 ON时接通高压,OFF时断开)。 - 储能滤波降压:
- 高频方波脉冲施加在 电感 的一端。
导通期 (ON Time):输入电压通过开关管加到电感上,电感电流增大储存能量,同时给负载供电和给输出电容充电。关断期 (OFF Time):开关管断开,电感维持电流,其感应电压反向,使续流二极管导通,电感中储存的能量通过续流二极管释放给负载供电并给输出电容充电。
- LC滤波: 电感电流的连续变化 (增加和减少) 和输出滤波电容的共同作用,将高频脉冲最终滤成负载需要的平稳、较低的直流电压。
- 反馈调节: 控制电路 实时采样输出电压,与内部基准比较,动态调整输出方波的脉冲宽度 (导通时间占整个周期的比例)。脉冲越宽 (
占空比越大),平均电压越高;脉冲越窄 (占空比越小),平均电压越低。通过这种方式实现输出电压的稳定,不受输入电压波动或负载变化的影响。
重要概念:
- 占空比 (Duty Cycle): 开关管在一个周期内导通的时间
(Ton)与整个周期时间(T)的比值(D = Ton / T)。Buck电路的输出电压(Vo) ≈ 输入电压 (Vin) × 占空比 (D)。占空比由控制电路根据反馈调整。 - 脉宽调制 (PWM): 控制输出电压的方法,即通过改变开关脉冲的宽度(占空比)来调节平均输出电压。
- 非隔离: 这种简易的Buck电源,其输入高压直流侧和输出低压直流侧共地 (
GND),没有电气隔离。实际应用中,为了安全,很多开关电源(尤其是高压输入的)会使用隔离变压器来实现输入输出之间的电气隔离(例如Flyback反激电源,在变压器中实现电压变换和隔离)。
示意图说明:
- 图中连线代表了电流的主要路径。
- 箭头表示了能量/信号流动的方向。
GND是电路的公共参考点。
请注意:
- 这是一个极度简化的原理图,用于说明核心概念。
- 一个实用的开关电源还需要很多辅助电路,如:启动电路、过压/过流/过热保护电路、输入EMI滤波器等。
- 对于交流市电输入的应用,安全隔离 (使用变压器) 是至关重要的,非隔离设计仅适用于某些特定低压输入的场合或作为复杂隔离电源中的一个功率级。
- 制作实际开关电源需要详细的计算(电感值、电容值、开关频率、器件选型等)和严格的测试,特别是涉及高压时存在风险。
这个图清晰地展示了开关电源最核心的组成部分和工作流程:整流滤波 -> 高频开关斩波 -> 电感储能降压 -> 滤波输出 -> PWM反馈控制稳压。
六款简单的开关电源电路设计原理图详解资料下载
电子发烧友网为你提供六款简单的开关电源电路设计原理图详解资料下载的电子资料下载,更有其他相关的电路
资料下载
33391
2021-04-19 08:46:57
开关电源原理图
开关电源电路图原理图如图所示。虽然稳压精度不高,但能满足一般要求,且电路简洁,采用常规元件,成本极低,输出允许开路和短路。
资料下载
o_dream
2020-10-12 15:50:28
AC-DC开关电源的原理图
最近再某宝买了一个AC-DC 开关电源,向他要一个原理图,想着哪里坏了可以自己修一修,结果说没有。这我怎么能忍??于是自己就结合网上资料和板子的丝印画出了他的
2021-12-29 07:57:23
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