开关模式电源工作原理,开关电源电路图-KIA MOS管
开关模式电源原理
开关模式电源(SMPS),一种高效、稳定的电源供应器,被广泛应用于各种电子设备中。开关模式电源又称交换式电源、开关变换器,是一种高频化电能转换装置,其功能是将一个位准的电压,透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。
开关模式电源通过内部的开关电路对输入电压进行高频斩波,然后通过滤波电路将高频噪声滤除,最后输出稳定的直流电压或电流。
开关模式电源的输入多半是交流电源(如市电)或直流电源,而输出则是满足电子设备需求的直流电源。在电子设备中,开关模式电源扮演着将电能从一种形式转换为另一种形式的角色,以满足设备对电压和电流的需求。
按工作原理分类:
AC/DC开关电源:这类电源从交流电网取得能量,经过高压整流滤波得到一个直流高压,再由DC/DC变换器在输出端获得一个或几个稳定的直流电压,适用于不同功率需求,从几瓦到几千瓦。
LED开关电源:主要用于LED照明设备,具有高频化、小型化、轻便化等特点,适用于高新技术领域。
开关电源电路图
正激式开关电源
正激式开关电源中结构比较复杂,但输出功率很高,适用于100W-300W的开关电源,一般用在低压,大电流的开关电源,应用比较广泛。
如图所示,对于正激式开关电源具体是指当开关管接通时,输出变压器充当介质直接耦合磁场能量,电能与磁能相互转化,使输入输出同时进行。在日常应用中也存在不足:如需要增加反电动势绕组(防止变压器初级线圈产生的反电动势把开关管击穿),次级多加1个电感进行储能滤波,因此相比反激式开关电源而言其成本较高,而且正激式开关电源变压器的体积要比反激式开关电源变压器的体积大。
DCDC
Buck拓扑结构是一种降压电路,工作原理是在开关管导通时,输入电压通过电感对负载供电,并在开关管断开时通过二极管续流,从而保持输出电压稳定。
Boost拓扑结构则是一种升压电路,通过电感储能和开关管控制来实现输出电压高于输入电压。
Buck-Boost拓扑结构则结合了Buck和Boost的特点,实现升降压功能。
同步整流
同步整流是采用导通电阻Rdson极低(一般为毫欧级别)的功率MOS(G2),取代整流二极管以降低整流损耗。它能大大提高DC-DC转换器的效率,并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压,如下图拓扑所示。
功率MOS属于电压控制型器件,它在导通时的伏安特性呈线性关系。用功率MOS做整流器时,要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能,故称之为同步整流。这种整流方式能大大提高DC-DC转换器的效率,并且在轻负载时能维持连续工作,减少振铃现象。
在相同的条件下,MOS管的导通电压降远远小于肖特基二极管的正向导通压降的,所以MOS管的损耗功率远远比二极管小。
但是同步整流中,上下MOS管需要额外的驱动电路,使得上下两个MOS管能够同步,而非同步的二极管是自然整流的,不需要额外添加驱动控制电路,所以对于非同步,同步的电路会复杂一些。同时,MOS管不是理想的开关,它有开通时间和关断时间,如果上下两个管子的死区时间没有控制好,使上管的关断时间和下管的开通时间有重叠,造成直通现象,那么MOS管就会因电流过大而损坏。
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