传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠,但它存在着效率低(只有40% -50%)、体积大、铜铁消耗量大,工作温度高及调整范围小等缺点。为了提高效率,人们研制出了开关式稳压电源,它的效率可达85% 以上,稳压范围宽,除此之外,还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点,是一种较理想的稳压电源。正因为如此,开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备中。
开关式稳压电源是现代电子设备中广泛应用的一种高效电源,相较于传统的线性稳压电源,其优点在于更高的效率(超过85%),更宽的稳压范围,以及无需使用电源变压器,这使得它成为理想的电源解决方案。开关式稳压电源的工作原理主要基于脉宽调制(PWM)技术。
在调宽式开关稳压电源中,电源输出的直流电压通过改变开关元件(通常是晶体管)的开关时间比例来控制。当输出电压升高时,控制电路会减少开关元件的导通时间(脉冲宽度T1),从而降低直流平均电压Uo,实现稳压。这一过程可以通过以下公式描述:Uo = Um × T1 / T,其中Um是脉冲的最大电压,T是脉冲周期,T1是脉冲宽度。
开关式稳压电源的基本电路通常包括交流电压整流、滤波、高频变换器、脉宽调制控制电路等部分。控制电路由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制器和基准电压电路组成,它们共同作用于开关元件,调节其开关频率和占空比,以维持输出电压的稳定。
单端反激式开关电源是最常见的低成本设计,适用于输出功率20到100瓦的情况,可以输出不同电压,但纹波电压较高。开关管承受的最大反向电压是电路工作电压的两倍,工作频率通常在20到200千赫兹之间。
单端正激式开关电源则在开关管导通时通过变压器向负载传递能量,输出功率范围更大,但因为使用的变压器体积较大,实际应用较少。
自激式开关稳压电源是一种利用间歇振荡电路的自启动设计,当电源接入后,通过反馈机制使开关管在导通和截止之间交替,形成稳定的输出电压。这种电源结构简单,被广泛采用。
开关式稳压电源的高效和灵活性使其在各类电子设备,如笔记本电脑、通信设备、消费电子产品等中扮演着核心角色,而其工作原理和电路设计的多样性则满足了不同应用场景的需求。