开关电源之DC-DC转换器工作原理的简单介绍

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电源在生活中无处不在,电源就是将其他形式转化成电能的一种特定装置。电源有普通电源和特殊电源之分。其中普通电源细分起来有开关电源、逆变电源、交流稳压电源、直流稳压电源、DC/DC电源、模块电源、变频电源、UPS电源、EPS应急电源、PC电源、整流电源等等。其中开关电源是最普通常见的一种,下面针对开关电源的一些基本常识和原理,我们来了解一下其基本的常识。

开关电源的工作原理实质上是通过改变电路中调整管的导通时间来改变输出电压或电流的大小,已达到维持输出电压或电流稳定的目的。

在AC-DC电源转换中,市电均经整流变为高压直流DC,再经过DC-DC转换成负载所需的低压直流DC,因此DC-DC转化器是开关电源的组成核心,故DC-DC开关电源也称为DC-DC转化器 。(注:因DC-DC开关电源的调整工作在通[ON]与断[OFF]状态,故也称为开关管,又因调整管的主要功能是进行功率转换,故也称为功率管或功率开关管。)

DC-DC转换器

DC-DC转换器是开关电源中最常见的一种,由二极管,三极管,电容器等构成。DC-DC转换器就是重复通断开关,把直流电压或电流转换成高频方波电压或电流,再经整流平滑变为直流电压输出。DC-DC转换器室友半导体开关、整流二极管、平滑滤波电抗器和电容等基本元件组成。当输入、输出间需要进行电气隔离时,可以采用变压器,把高频方波电压通过变压器传送到输出侧。构成DC-DC转换器的基本元器件如下图1-3所示。图中UI为整流后不稳定的直流电压;UO为经过斩波的输出电压;S为开关。

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通过提高开关频率,滤波电感、开关变压器等磁性器件,以及滤波电容等都可以小型轻量化。对于DC-DC转化器,加在开关S两端电压US的波形近似为方波,而通过电流IS的波形近似为三角波或有台阶的三角波,如下图2所示。其占空比定义

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式中,T为开关,S通断周期;tON为开关S导通时间;TOFF为开关S截止时间。
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图2

DC-DC转换器的开关波形 (见图2) 控制占空比的方法有保持工作周期T不变、控制开关通/断时间的脉宽调制PWM、保持导通时间tON不变、改变工作周期T的频率调制(PWM)。但在开关频率较低时,频率调制PFM方式需要较大的隔离变压器与输入/输出滤波器,这样既不经济,也使其体积过大,现实中难以接受,故这种工作方式开关频率要足够高。

以上是开关电源基础的DC-DC转换器工作原理的简单介绍。

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