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开关电源-入门至可用 第一篇章

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楼主
发表于 2019-7-19 04:39:24 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
2年前的18日,我和本站站长承诺过会写下这么一篇教程。但是由于各种原因,一直拖到了今天才写,刚好2年零一天。承诺就是承诺,当然这个坑是挖下来了,填的话可能很难。我就尽自己的绵薄之力,小小的推动一下历史的进程,做一点微小的贡献吧。


本系列教程的主要目的是为各位爱好者提供开关电源入门的一些基础知识,由于本人才学疏浅,所以此教程并不会非常深入的讲解,最终目的也仅限于能让各位认真学习过本教程的爱好者能够理解并自行设计较为常见并且要求不高的开关电源。


注:此教程需要观看者具有一定的电路基础,例如常见半导体器件与电容、电阻与电感基础知识的掌握,电流状态的理解等。此为第一篇章,主要目的为扫盲,如果拥有相关基础的观看者可跳过。


电源,电能的源头,指的是为电气设备供给电能的装置。那么,什么是开关电源?

一般来说,常见的电源可以粗略的分为两大类:线性电源与开关电源。首先,我们从线性电源讲起。

这是一个非常经典的线性电源。

电能首先进入变压器,变为低压,经过整流桥后经过电容滤波,就是电压波纹较为平稳的直流了。但是这样的电很可能高于我们所需要的电压,怎么办?

电阻是一个很不错的元件,也比较适合拿来降压。但是如果我们需要较为稳定的电压应该怎么办?

也许我们可以使用可调电阻,当电压变化时去调整可调电阻。

但是可调电阻通常允许电流都比较小,大电流的可调电阻较为庞大,我们也不可能7*24小时守在旁边去调整电阻,更何况有些时候电源电压的变化率高于人的反应速度,这很可能导致大家都不愿意看到的后果。

于是,出现了使用晶体管代替可调电阻的电路。

将一个晶体管串联在供电线路当中,并加上稳压二极管与电阻组成的基准电路提供基准电压、电阻组成的电压取样部分、半导体器件组成的误差放大部分。这样,当输入的电压变化时,串联在供电线路中的晶体管可以根据上述组成部分得知电压变化,从而调整自身的的压降,达到稳定电压的目的。

那么,你会满足于此吗?

这种电源的缺点非常显着,由于晶体管工作在线性放大或是可调电阻区,晶体管上所产生的的压降全都变成了热量散发出去。例如上述电路输入12V 1A,输出5V 1A,那么中间将会有12-5=7V 1A的电能,也就是7W的功率被消耗在了晶体管上。在小压差小电流的电路中或许这些问题并不显着,但是当电流上升到了5A,10A时,当压差上升到了20V,30V时,在晶体管上变成热量的电能将会非常可观,而你却只能望着这些能量被白白浪费掉而不能做些什么,更不提其需要的庞大的散热系统了。

那么,这些问题会有方法解决吗?

当晶体管工作在饱和区时,损耗相当小,仅为两个NP节的压降或是自身的导通阻抗乘以当前电流。

当晶体管工作在截止区时,损耗几乎可以忽略不计。

晶体管没有普通机械开关那样的机械损耗,而且可以相当快速的开关。

基于这样的特性,我们可以把晶体管当做一个高速开关。

当晶体管按一定的时间不停的导通以及关闭时,输入电压就被割走了一部分,变成了脉冲直流。这时候,后者能够供给给负载的电能就更少了,当我们通过控制晶体管的开启或是关闭时间,那么能够提供给负载的电能也会随着这些而改变,简单来说,当开启的时间越长,关闭的时间越短,那么能够供给给负载的电能就越多,反之亦然。

而且因为晶体管大部分时间都工作在饱和或是截止区,损耗相当小。

最后经过电容以及电感滤波,就变成了负载需要的电压与电流。

由于晶体管不断地导通与关断,像是开关一样,于是这类电源就被称之为开关电源。

沙发
发表于 2019-7-20 19:56:31 | 只看该作者
开关电源有boost非隔离升压,buck非隔离降压,SEPIC单管式升降压,buck-boost双功率管加双二极管升降压等。
板凳
发表于 2019-7-29 09:30:37 来自手机 | 只看该作者
好贴? ?? ?
地板
发表于 2019-7-30 09:38:59 | 只看该作者
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