開關電源基本工作原理是通過使用功率半導體器件作為開關元件,周期性地通斷開關,控制開關元件的占空比來調整輸出電壓,開關元件在全開模式(飽和區)及全閉模式(截止區)之間切換。以下是開關電源工作原理的詳細解釋:
1.輸入整流濾波:首先,交流(AC)輸入電壓通過整流濾波電路轉換成直流(DC)電壓。這個直流電壓會有一定的紋波,但足夠穩定,可以供后續電路使用。
2.功率變換:直流電壓被送入功率變換電路,這里通常包含一個或多個開關元件(如晶體管、MOSFET等),這些開關元件在PWM(脈沖寬度調制)信號的控制下快速地導通和關斷。
3.PWM控制:PWM控制器產生一系列的脈沖信號,控制開關元件的導通和關斷。通過改變脈沖的寬度(即占空比),可以控制輸出電壓的大小。占空比高時,輸出電壓高;占空比低時,輸出電壓低。
4.能量轉換:在開關元件導通時,能量被存儲在電感或變壓器中;當開關元件關斷時,存儲的能量被釋放到輸出端,為負載提供能量。
5.輸出整流濾波:從功率變換電路出來的電壓通常是高頻交流電壓,需要通過輸出整流濾波電路轉換成直流電壓,并進一步降低紋波,以提供穩定的輸出電壓。
6.反饋控制:輸出電壓會被送回PWM控制器,與設定的參考電壓進行比較。如果輸出電壓偏離了設定值,控制器會調整PWM信號的占空比,以保持輸出電壓的穩定。
7.保護功能:為了確保電源和負載的安全,開關電源通常還包含過流、過壓、短路等保護功能。當檢測到異常情況時,電源會自動關閉或限制輸出,以防止損壞。
開關電源通過高頻開關動作和精確的占空比控制,實現了高效率的能量轉換和穩定的輸出電壓。開關電源的主要電路由輸入電磁干擾濾波器(EMI)、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路包括輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等組成。
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