開關(guān)電源的工作原理反激式轉(zhuǎn)換器和正激式轉(zhuǎn)換器講解

電源中的開關(guān)穩(wěn)壓器和線性穩(wěn)壓器執(zhí)行相同的任務(wù)，即從不受控制的輸入電壓產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓。但是，他們使用多種方法執(zhí)行此職責(zé)，每種方法都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

只有降低（降壓）輸入電壓，線性電源才能產(chǎn)生較低的輸出電壓。為此，BJT或MOSFET 晶體管通常被迫在其線性區(qū)域內(nèi)工作。

后果有兩個(gè)：

1.輸出電壓和輸入電壓之間總是存在差異（VDROP）。

2.由于晶體管在線性區(qū)域中連續(xù)工作，穩(wěn)壓器消耗了相當(dāng)大的功率，由VDROP乘以I?LOAD給出，其中ILOAD是負(fù)載吸收的電流。

因此，線性穩(wěn)壓器的效率非常低，通常在35%和65%之間，輸出電壓和輸入電壓之間的差異越大（V?DROP?=?V?IN?– VOUT），效率就越低。以線性穩(wěn)壓器為例，VIN?= 9 V，V?OUT?= 5?V，I負(fù)載?= 150 mA。

該穩(wěn)壓器應(yīng)能夠耗散 600 mW 的功率（（V輸入?–?V輸出）× I 負(fù)載），而可用輸出功率為 750 mW（V?輸出× I?負(fù)載）。因此，該調(diào)節(jié)器的效率約為55%。隨著輸出功率的增加，對(duì)高效散熱的需求也在增加，這可以通過散熱器獲得。然而，從經(jīng)濟(jì)角度來看，高于幾瓦的線性穩(wěn)壓器不再方便，因此是低功耗應(yīng)用的理想解決方案。一類特殊的線性穩(wěn)壓器是低壓差穩(wěn)壓器（LDO），它集成了一個(gè)能夠包含VDROP（通常為幾百或幾十毫伏）值的特殊電路，從而提高了整體效率。線性穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)在于電路簡(jiǎn)單（需要很少的外部元件）、低成本和無開關(guān)噪聲（晶體管始終在線性區(qū)域工作）。

開關(guān)電源的工作原理是在截止?fàn)顟B(tài)（沒有電流，但開關(guān)上有高電壓）和飽和狀態(tài)（有高電流但開關(guān)上的電壓非常?。┲g快速切換晶體管。這樣獲得的脈沖電壓隨后可以通過變壓器增加或減少，并最終濾波以獲得直流輸出電壓。

開關(guān)電源可實(shí)現(xiàn)高效率值，通常在 65% 到 95% 之間。主要缺點(diǎn)在于設(shè)計(jì)復(fù)雜性和開關(guān)噪聲的存在，在幾種應(yīng)用中必須消除開關(guān)噪聲。開關(guān)電源由外部脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)控制，該信號(hào)確定“開關(guān)”晶體管的開關(guān)頻率和占空比。它們可以分為兩大類，根據(jù)輸出電壓施加到負(fù)載的方式而有所不同。

正激模式轉(zhuǎn)換器

正激式轉(zhuǎn)換器（可通過L-C輸出濾波器的存在來識(shí)別）使用變壓器來升高或降低輸入電壓，并為負(fù)載提供與交流電源電壓的電氣隔離。圖1顯示了正激轉(zhuǎn)換器的基本方案。當(dāng)晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)（on）時(shí)，能量被傳遞到輸出。L-C濾波器產(chǎn)生輸出電壓VOUT，其值計(jì)算如下（D是PWM信號(hào)的占空比，而N?S和NP是變壓器各自繞組的匝數(shù)）：

V?輸出?= V輸入?×?D × （N?S?÷ NP）

因此，通過改變占空比，可以修改輸出電壓值。