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六种简单的开关电源设计原理图

来源: 中电网
2020-09-25
类别:技术信息
eye 53
文章创建人 拍明

原标题:六种简单的开关电源设计原理图

以下是六种常见简单开关电源设计原理图及其核心要点介绍,适合初学者理解基本原理,实际设计需结合具体参数与规范。

1. 降压型(Buck)开关电源原理图

  • 原理图构成

    • 主要由开关管(如 MOSFET)、二极管、电感、电容以及控制芯片组成。开关管在控制芯片的驱动下周期性地导通和关断。

    • 输入电压()通过开关管连接到电感的一端,电感的另一端连接输出端和二极管的正极,二极管的负极连接输入电压的负极,电容并联在输出端。

  • 工作原理

    • 当开关管导通时,输入电压加到电感上,电感电流线性上升,电能转化为磁能存储在电感中,同时给电容充电并向负载供电。

    • 当开关管关断时,电感中的电流不能突变,电感产生感应电动势,使二极管导通,电感通过二极管向负载和电容释放能量,维持输出电压。

  • 应用场景

    • 适用于输出电压低于输入电压的场合,如为低电压的数字电路供电。

2. 升压型(Boost)开关电源原理图

  • 原理图构成

    • 包含开关管、电感、二极管、电容和控制芯片。电感的一端连接输入电压,另一端连接开关管和二极管的正极,开关管的另一端连接输入电压的负极,二极管的负极连接输出端和电容的一端,电容的另一端连接输入电压的负极。

  • 工作原理

    • 开关管导通时,输入电压加到电感上,电感电流线性上升,存储能量,此时二极管截止,电容向负载供电。

    • 开关管关断时,电感电流不能突变,电感产生感应电动势,与输入电压叠加,使二极管导通,向电容充电并向负载供电,从而使输出电压高于输入电压。

  • 应用场景

    • 常用于需要将低电压升高到较高电压的场合,如一些便携式设备的电池升压电路。

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3. 升降压型(Buck - Boost)开关电源原理图

  • 原理图构成

    • 由开关管、电感、二极管、电容和控制芯片组成。电感的一端连接输入电压,另一端连接开关管和二极管的正极,开关管的另一端连接输入电压的负极,二极管的负极连接输出端和电容的一端,电容的另一端连接输入电压的负极(输出电压极性与输入电压相反)。

  • 工作原理

    • 开关管导通时,输入电压加到电感上,电感储能,二极管截止,电容向负载供电。

    • 开关管关断时,电感产生感应电动势,使二极管导通,电感向电容充电并向负载供电,输出电压的极性与输入电压相反,且大小可以通过控制开关管的导通和关断时间来调节。

  • 应用场景

    • 适用于输出电压极性与输入电压相反,且输出电压大小可调的场合,如一些特殊的电子设备电源。

4. 反激式(Flyback)开关电源原理图

  • 原理图构成

    • 主要包括开关管、变压器、二极管、电容和控制芯片。变压器的原边绕组一端连接输入电压,另一端连接开关管,开关管的另一端连接输入电压的负极;副边绕组一端连接二极管的正极,二极管的负极连接输出端和电容的一端,电容的另一端连接副边绕组的另一端。

  • 工作原理

    • 开关管导通时,输入电压加到变压器的原边绕组上,原边电流线性上升,变压器储能,此时副边二极管截止,电容向负载供电。

    • 开关管关断时,变压器原边电流迅速下降,副边绕组产生感应电动势,使二极管导通,变压器向电容充电并向负载供电。

  • 应用场景

    • 结构简单、成本低,适用于小功率、多路输出的电源场合,如一些小型家电的电源适配器。

5. 正激式(Forward)开关电源原理图

  • 原理图构成

    • 由开关管、变压器、整流二极管、续流二极管、电感、电容和控制芯片组成。变压器的原边绕组一端连接输入电压,另一端连接开关管,开关管的另一端连接输入电压的负极;副边绕组一端连接整流二极管的正极,整流二极管的负极连接输出端和电感的一端,电感的另一端连接续流二极管的正极,续流二极管的负极连接副边绕组的另一端,电容并联在输出端。

  • 工作原理

    • 开关管导通时,输入电压加到变压器的原边绕组上,副边绕组产生感应电动势,使整流二极管导通,向电感和电容充电并向负载供电。

    • 开关管关断时,电感中的电流不能突变,续流二极管导通,电感通过续流二极管向负载和电容释放能量。

  • 应用场景

    • 输出电压纹波小、效率较高,适用于中大功率的电源场合,如一些工业控制设备的电源。

6. 半桥式开关电源原理图

  • 原理图构成

    • 包含两个开关管(如 MOSFET)、变压器、整流二极管、滤波电容和控制芯片。两个开关管串联后连接在输入电压的正负极之间,变压器的原边绕组中间抽头连接输入电压的中点,两端分别连接两个开关管的中间节点;副边绕组连接整流二极管和滤波电容,输出直流电压。

  • 工作原理

    • 通过控制两个开关管的交替导通和关断,在变压器的原边绕组上产生交变的电压,从而在副边绕组上感应出电压,经过整流和滤波后得到稳定的直流输出电压。

  • 应用场景

    • 适用于中等功率的电源,具有输出功率较大、效率较高的特点,常用于一些通信设备和计算机电源中。

在设计开关电源时,还需要考虑诸多因素,如开关频率的选择、元器件的参数计算、电磁兼容性设计等,以确保电源的性能和可靠性。


责任编辑:David

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标签: 开关电源

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