开关稳压电源
Time:2023-06-19 11:56:22
关于开关稳压电源的问题，我们总结了以下几点，给你解答：
开关稳压电源
根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。
线性稳压电源，是指调整管工作在线性状态下的稳压电源。而在开关电源中则不一样，开关管(在开关电源中，我们一般把调整管叫做开关管)是工作在开、关两种状态下的：开——电阻很小;关——电阻很大。
开关电源是一种比较新型的电源。它具有效率高，重量轻，可升、降压，输出功率大等优点。但是由于电路工作在开关状态，所以噪声比较大。 通过下图，我们来简单的说说降压型开关电源的工作原理。如图所示，电路由开关K(实际电路中为三极管或者场效应管)，续流二极管D，储能电感L，滤波电容C等构成。当开关闭合时，电源通过开关K、电感L给负载供电，并将部分电能储存在电感L以及电容C中。由于电感L的自感，在开关接通后，电流增大得比较缓慢，即输出不能立刻达到电源电压值。一定时间后，开关断开，由于电感L的自感作用(可以比较形象的认为电感中的电流有惯性作用)，将保持电路中的电流不变，即从左往右继续流。这电流流过负载，从地线返回，流到续流二极管D的正极，经过二极管D，返回电感L的左端，从而形成了一个回路。通过控制开关闭合跟断开的时间(即PWM——脉冲宽度调制)，就可以控制输出电压。如果通过检测输出电压来控制开、关的时间，以保持输出电压不变，这就实现了稳压的目的。
在开关闭合期间，电感存储能量;在开关断开期间，电感释放能量，所以电感L叫做储能电感。二极管D在开关断开期间，负责给电感L提供电流通路，所以二极管D叫做续流二极管。
在实际的开关电源中，开关K由三极管或场效应管代替。当开关断开时，电流很小;当开关闭合时，电压很小，所以发热功率U×I就会很小。这就是开关电源效率高的原因。
看过完两个关于电源的FAQ后，大家可能对电源的效率计算还不了解。在后面的FAQ中，我们将专门给大家介绍。
常见的用于开关电源的芯片有：TL494，LM2575，LM2673，34063，51414等等。
根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。此外，还有一种使用稳压管的小电源。
这里说的线性稳压电源，是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源。调整管工作在线性状态下，可这么来理解：RW(见下面的分析)是连续可变的，亦即是线性的。而在开关电源中则不一样，开关管(在开关电源中，我们一般把调整管叫做开关管)是工作在开、关两种状态下的：开——电阻很小;关——电阻很大。工作在开关状态下的管子显然不是线性状态。
线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源。线性稳压直流电源的特点是：输出电压比输入电压低;反应速度快，输出纹波较小;工作产生的噪声低;效率较低(现在经常看的LDO就是为了解决效率问题而出现的);发热量大(尤其是大功率电源)，间接地给系统增加热噪声。
工作原理：我们先用下图来说明线性稳压电源调节电压的原理。如下图所示，可变电阻RW跟负载电阻RL组成一个分压电路，输出电压为：
Uo=Ui×RL/(RW+RL)，因此通过调节RW的大小，即可改变输出电压的大小。请注意，在这个式子里，如果我们只看可调电阻RW的值变化，Uo的输出并不是线性的，但如果把RW和RL一起看，则是线性的。还要注意，我们这个图并没有将RW的引出端画成连到左边，而画在右边。虽然这从公式上看并没有什么区别，但画在右边，却正好反映了“采样”和“反馈”的概念----实际中的电源，绝大部分都是工作在采样和反馈的模式下的，使用前馈方法很少，或就是用了，也只是辅助方法而已。
让我们继续：如果我们用一个三极管或者场效应管，来代替图中的可变阻器，并通过检测输出电压的大小，来控制这个“变阻器”阻值的大小，使输出电压保持恒定，这样我们就实现了稳压的目的。这个三极管或者场效应管是用来调整电压输出大小的，所以叫做调整管。
像图1所示的那样，由于调整管串联在电源跟负载之间，所以叫做串联型稳压电源。相应的，还有并联型稳压电源，就是将调整管跟负载并联来调节输出电压，典型的基准稳压器TL431就是一种并联型稳压器。所谓并联的意思，就是象图2中的稳压管那样，通过分流来保证衰减放大管射极电压的“稳定”，也许这个图并不能让你一下子看出它是“并联”的，但细心一看，确实如此。不过，大家在此还要注意一下：此处的稳压管，是利用它的非线性区工作的，因此，如果认为它是一个电源，它也是一个非线性电源。为了便于大家理解，回头我们找一个理适合的图来看，直到可以简明地看懂为止。
由于调整管相当于一个电阻，电流流过电阻时会发热，所以工作在线性状态下的调整管，一般会产生大量的热，导致效率不高。这是线性稳压电源的一个最主要的一个缺点。想要更详细的了解线性稳压电源，请参看模拟电子线路教科书。这里我们主要是帮助大家理清这些概念以及它们之间的关系。
图1
一般来说，线性稳压电源由调整管、参考电压、取样电路、误差放大电路等几个基本部分组成。另外还可能包括一些例如保护电路，启动电路等部分。下图是一个比较简单的线性稳压电源原理图(示意图，省略了滤波电容等元件)，取样电阻通过取样输出电压，并与参考电压比较，比较结果由误差放大电路放大后，控制调整管的导通程度，使输出电压保持稳定。
图2
常用的线性串联型稳压电源芯片有：78XX系列(正电压型)，79XX系列(负电压型)(实际产品中，XX用数字表示，XX是多少，输出电压就是多少。例如7805，输出电压为5V);LM317(可调正电压型)，LM337(可调负电压型);1117(低压差型，有多种型号，用尾数表示电压值。如1117-3.3为3.3V，1117-ADJ为可调型)。
1.DC to DC包括boost(升压)、buck(降压)、 Boost/buck(升/降压)和反相结构，具有高效率、高输出电流、低静态电流等特点，随着集成度的提高，许多新型DC-DC 转换器的外围电路仅需电感和滤波电容;但该类电源控制器的输出纹波和开关噪声较大、成本相对较高。
2.LDO：低压差线性稳压器的突出优点是具有最低的成本，最低的噪声和最低的静态电流。它的外围器件也很少，通常只有一两个旁路电容。新型LDO可达到 以下指标：30μV 输出噪声、60dB PSRR、6μA 静态电流及100mV 的压差。LDO 线性稳压器能够实现这些特性的主要原因在于内部调整管采用了P 沟道场效应管，而不是通常线性稳压器中的PNP 晶体管。P 沟道的场效应管不需要基极电流驱动，所以大大降低了器件本身的电源电流;另一方面，在采用PNP 管的结构中，为了防止PNP 晶体管进入饱和状态降低输出能力，必须保证较大的输入输出压差;而P 沟道场效应管的压差大致等于输出电流与其导通电阻的乘积，极小的导通电阻使其压差非常低。当系统中输入电压和输出电压接近时， LDO 是最好的选择，可达到很高的效率。所以在将锂离子电池电压转换为3V 电压的应用中大多选用LDO，尽管电池最后放电能量的百分之十没有使用，但是LDO 仍然能够在低噪声结构中提供较长的电池寿命。
什么是开关稳压器?开关稳压器使用输出级，重复切换“开”和“关”状态，与能量存贮部件(电容器和感应器)一起产 生输出电压。它的调整是通过根据输出电压的反馈样本来调整切换定时来实现的。在固定频率的稳压器中，通过调节开关电压的脉冲宽度来调节切换定时 ? 这就是所谓的 PWM 控制。在门控振荡器或脉冲模式稳压器中，开关脉冲的宽度和频率保持恒定，但是，输出开关的“开”或“关”由反馈控制。
根据开关和能量存贮部件的排列，产生的输出电压可以大于或小于输入电压，并且可以用一个稳压器产生多个输出电压。在大多数情况下，在同样的输入电压和输出电压要求下，脉冲(降压)开关稳压器比线性稳压器转换电源的效率更高。
什么是 LDO(低压降)稳压器?LDO 是一种线性稳压器。线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或 FET，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。所谓压降电压，是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。正输出电压的 LDO(低压降)稳压器通常使用功率晶体管(也称为传递设备)作为 PNP。这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为 200mV 左右;与之相比，使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为 2V 左右。负输出 LDO 使用 NPN 作为它的传递设备，其运行模式与正输出 LDO 的 PNP设备类似。
更新的发展使用 CMOS 功率晶体管，它能够提供最低的压降电压。使用 CMOS，通过稳压器的唯一电压压降是电源设备负载电流的 ON 电阻造成的。如果负载较小，这种方式产生的压降只有几十毫伏。
线性稳压器与开关稳压器的比较如何?线性电压稳压器开关电压稳压器
优点：
简单
输出纹波电压低
出色的 line 和负载稳压
对负载和 line 的变化响应迅速
电磁干扰 (EMI) 低
效率高(降低了冷却所需的源电源需求)
能够处理较高的电源密度
拓扑学结果可用于传递单个或多个输出电压，大于或小于生成的输出电压
缺点：
效率低
如果需要冷却设备，则要求较大的空间
输出纹波电压高
瞬时恢复时间较慢
产生电磁干扰(EMI)
LDO是低压差的器件，因此，输出多为固定电压，否则失去了低压差的意义，尽管输入电压可以在一定的范围。
DCtoDC是电压转换，有升压、降压等，一般升压电路的输出电流不可能做大，而降压的电流可以做得较大。
TI公司有各种上述电路，可以到TI公司的网站查，数据多数是英文的。其他公司的用得不多，不好说。
DC-DC，其实内部是先把DC直流电源转变为交流电电源AC。通常是一种自激震荡电路，所以外面需要电感等分立元件。
然后在输出端再通过积分滤波，又回到DC电源。由于产生AC电源，所以可以很轻松的进行升压跟降压。两次转换，必然会产生损耗，这就是大家都在努力研究的如何提高DC-DC效率的问题。
LDO是low dropout regulator，意为低压差线性稳压器，是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器，如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压高出 2v~3V以上，否则就不能正常工作。但是在一些情况下，这样的条件显然是太苛刻了，如5v转3.3v,输入与输出的压差只有1.7v，显然是不满足条件 的。针对这种情况，才有了LDO类的电源转换芯片。生产LDO芯片的公司很多，常见的有ALPHA, Linear(LT), Micrel, National semiconductor,TI等。
开关稳压电源电路原理图
刚好我刚刚研发成功一个18w的案子首先根据你输出功率大小来选择磁芯，你的输出是18w根据经验我选择EE25/19,(其实这个磁心的选择也是有公式的，太久不用忘了，现我在设计都是直接安经验来选)接下来我们就要假设一个最大占空比了-Dmax=44%（根据反激模式占空比不能超过50%）接着算出一次侧电感量Lp=n*(Vmin*Dmax)^2/2Po*f(n为你电源的效率，Vmin为输入最小电压的有效值，po为输出功率，f你设定的开关电源频率)接着求一次侧原边电流Ip=2Po/n*Vmin*Dmax,接着求一次侧线圈的圈数了Np=Lp*Ip/B*Ae*f(B为磁通密度按TDK公司的标准取值0.25T,Ae为磁心有效面积)把Vmin=90V,Dmax=44%,f=50kHz,Po=18w,B=0.25T,Ae=42mm^2,n=80%带入上式得出Np大概是93圈可以取90圈带入公式Ns/Np=（Uo+Uf)*(1-Dmax)/Vmin*Dmax,得到NS=11圈(Uf为输出整流管正向导通压降我取0.5具体多少安管子规格，Ns为二次侧圈数)将Np=70,Ns=11再次带入Ns/Np=（Uo+Uf)*(1-Dmax)/Vmin*Dmax,求出真实的Dmax=44.8%同样按照上面公式Nb/Np=（Vcc+Uf)*(1-Dmax)/Vmin*Dmax,得Nb=18圈，代入公式进行设计验证Bmax=Ip*Lp*100/Np*Ae(Bmax小于3000Gauss所设计的变压器合格)
开关稳压电源主要由什么组成
本人从事网吧网管多年经验，所回答的全部都是月沿视他评事曾让笑复个人见解和经验，不抄网上的答案，如果支持我，请把我的答案采纳，谢谢，欢迎以后有什么不懂的来问我，QQ：200935366 一种开关稳压电源电路
摘要：分析一种开关稳压电源的基本原理，介绍了它的个甚庆等升半远末香于当电路结构及稳压过程。关键词：开关电源；自激式；功率转换
1开关稳压电路的工作原理开关稳压电源由输入部分。功率转换部分。输出部分。控制部分组成。功率转换部分是开关电源的核心，它对非稳定直流进行高频斩波并完成径易知应广妒感怎输出所需要的变换功能。它主要由开关三极管和高频变压器组成，电路如图1(a)所示，波形如图1(b)所示。
Ui是用电网交流220V直接整流滤波得到的直流高压(这样可省去工频变压器)。高频变压器的原绕组为N1,N2为变压器副绕组，供输出用。N3为基极正反馈绕组，R1是启来自动电阻，R2是限流电阻。加上电源时，电流通易下察方最胶的缺位过R1流向开关管T的基极，使T导通。此时变压器副边的二极管反向偏置，于是T集电极电流和变压器绕酸代终组N1中电流相等。由于是从零起动，基极电流不大，就能使T导通。原绕组N1通过电流，产生上正下负的感应电压，经磁芯耦合，反馈绕组N3也产生感应电压UL3,并向T的基极注入iB,使T进一步导通，即UL3增加，iB增大，使iC进一步增大，这是一个正反馈还甚鲁雪崩过程。在T导通期动补间，副边因二极管反偏没有电流。当T进入高饱和区后，iC的变化率减小，原边N1绕组感应电压下降，同时反馈绕组N3电压下降，造成iB下降，iC下降，这再次形成一个正反馈雪崩过程，使开关管迅速截止。T的导通时间TON取决于iC达到饱和的时间。 T导通期间，副边电路截止，原边线圈储能。T截止时，N1的感应电压上负下正，相应地N3的电压上负下正，保证T截止，同时副边N2电压上正下负，D导通。由N2通过D向负载传送能量，副边绕组中电流iD线性下降，直到iD=0,电路恢复起始状态，开之以肥始一个新的周期，T再次用任强导通。TOFF取决于副边绕组放电到零的时间。输出电压与开关管的导通时间成正含赵席字每稳阳均德比。2开关稳压电源的构成及稳常教初没房移投压过程开关电源电路如图2所示条。下面对这个电路的各个主要组成部分的作用及原理作分析。2.1区备久白交以输入部分 RT1.C1为输入滤波器(RC低通滤波器),L1.C2.C3为共模滤波器，可以衰减。削弱共模干扰，V1积任上德造凯用木配端营为全桥电路，桥式整流可防止输入电源极性接反烧坏电源电路，C4为滤波电容，R2支伤味.C5.V2构成主绕组吸收网络，其作用在后面保护部分详细叙述。2.2功率部分和部分驱动电路 V4为开关管，R1.R4为启翻动电阻，R5.C6及反馈绕组构成正反馈开关则止教皇右管驱动电路，V6.R7构成过激保护电路，R3.C8构成开关管吸收网络，减小其开关噪声。
2.3输出部分 (1)V9.C10.C11.L2.C12.C13和线性集成稳压器N1构成24V整流滤波及稳压电路，R10.HL4构成24V发光二极管指示电路，R34.XJD构成失压告警电路。 (2)V10.C14.C15.L3.C16构成+5V整流滤波电路，R11为固定负载，R12.HL1为+5V发光二极管指示电路。R31为+5V测试限流电阻。2.4采样和控制部分 R14.R15.RP1和稳压管N2构成+5V取样测量回路，C17用于防止稳压管N2自激。光隔N3实现取样电路与开关管的电隔离，V8.C9对光隔起保护作用并抑制自激，V5为脉宽控制管，R6.C7.V7.R8构成电流负反馈回路，R9为限流电阻。2.5电路稳压的过程如上所述，通过改变开关管V4的导通时间TON即可达到稳定输出电压的目的。当输出电压高于+5V时，稳压管N2击穿导通，使光电隔离器中的发光二极管导通，其亮度增大，光敏三极管的电流增大，管压降减小，V5导通。由于V5集电极电流IC5的分流作用，使开关三极管V4的基极电流减小，促使V4导通时间缩短，提前截止，变压器原绕组N1储能减小，从而使输出电压UO降低。当输出电压低于+5V时，稳压管N2截止，光电三极管N3截止，V5也趋于截止，使V4的基极电流增加，导通时间延长，使N1储能增加，于是输出电压UO升高。2.6保护电路这里讨论对开关管V4采取的两种保护措施。 (1)过流保护 V4的过流保护元件为R6.C7.V7.R8。当V4管电流增大时，电阻R6上产生的压降也增大，V5基极电位升高，使V5导通加剧，V5的集电极分流使V4的基极电流减小，V4的集电极电流也减小，最终V4截止，使V4不会因过流而烧坏。 (2)过压保护变压器原绕组N1上接有的二极管V2.电阻R2和电容C5,目的在于放掉积蓄在变压器漏感上能量。否则，开关管截止的瞬间会出现很高的浪涌电压，它重迭在开关管的集电极电压上，很容易将开关管击穿。3结束语这种开关稳压电源有很多优点，在SF600收发信机的实际应用中效果良好。但也存在缺点，需改进。如因为只从一组取样反馈，不能保证多路输出稳定等。因此，24V一路只能靠加集成线性稳压器7824来解决稳压问题。