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DC-DC电源变换器(开关电源)基础知识详解

时间:2013-05-30      关键字:DC-DC,电源变换器,开关电源,基础知识,   
DC-DC电源变换器(开关电源)基础知识详解
 DC-DC电源变换器(开关电源)基础知识详解

概述

电子设备都需要供电,其电能来源于火力、水力、核子发电厂提供的交流电。这些交流电通过电源设备变换为直流电。但是,这种直流电源不 符合需要,仍需变换,这称为DC/DC变换。常规的变换器是串联线性稳压电源,其调整元件工作于线性放大区,通过的电流是连续的,功耗

很大,需要非常大的体积,变换效率通常只有30%。

70年代,随着功率晶体管的研制,隔离集成电路和磁性材料的研制、应用;随着功率电子学领域中技术的日新月异的发展,理论研究不断深

化,功率变换拓扑及器件对偶理论的日趋完善,开关电源以其强大的生命力适应当今高效率、小型轻量化的要求。

开关电源去除了工频变压器,代之以几十KHz、几百KHz甚至数MHz的高频变压器。由于调整管工作于开关状态,功耗小,效率高,可达80%-95%。因此开关稳压电源体积小,重量轻。但由于电路负载,高频元器件价格高,因此成本较高,且输出纹波噪声电压较高,动态响应

较差。

线性稳压电源

在功率开关晶体管问世以前,串联调整稳压器一直是最简单的、最常用的稳压技术。基本的串联稳压电路如图11.1:



图中,vl是调整管,Vi是输入电压,Vo是输出电压。Rl,R2形成采样电阻,采样电压Vf同参考电压Vr进行比较,放大产生的电压经过直流

电平位移后,作为调整管的基极输入,这样构成一个负反馈回路,负载RL变化时,通过反馈回路调整以使Vo保持稳定。

这样的集成稳压器有固定输出的W78XX系列,其中XX的值即输出电压值,如7805,输出电压为SV。还有一些是输出可以调节的LM117

、LM317,这也是我们经常使用的。

线性稳压电源的功耗同输入、输出电压之间的差有关系,压差越大,功耗越大。决定输入、输出电压之间的差与输出级的调整管的饱和压降有 关系。在低饱和方式中,输出级采用PNP功率晶体管,此外还开发了用CMOS管作为输出级的大功率电路,而BICMOS则结合了低压降大电流

的优点,这对于提高稳压电源的效率起到了很好的作用。下图是几种不同方式的输出级电路,其饱和压降是不同的:



图11.2三种输出方式下的饱和压降



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