电源基础知识——《开关稳压器》

开关稳压器

开关稳压器最简单的形式，即用一个开关取代晶体管控制的可变电阻，它只有两种状态，完全导通或是完全关断。因为它是对输人电压进行斩波，而我们需要一个稳定的输出电压，所以要增加一级输出滤波。但滤波器是仅由储能元件组成的，所以稳压器可以由接近无损耗的元件组成。一个简化的开关稳压器如图2.6所示。

功率损耗≠(VIN-VouT) X IL

功率损耗= Psw(断开)+PSW(关断)

   =(VIN x 0)+(0 x IL)

≈0                      

图2.6   将可变阻抗用一个脉冲开关来代替，并增加一级输出滤波，这样可以将斩波变化的输入电压滤成直流，从而理论上可以消除掉所有的内部损耗

开关管断开时，开关管承受全部的输入电压，而开关管导通时，所有负载电流从中流过。理想状况下，开关管在任何状态下没有损耗，理论上电路效率可以达100%。通过用相对高的频率来控制开关管的导通时间和关断时间(占空比，D),实现输出电压的调节控制。占空比可以从0变化到1,而增益方程为VouT=VIN x D。这样D=0时，VouT=0，而D=1时，VouT=VIN 。这是通过一个脉冲宽度调制器(PWM)来实现的，通过它来控制所需要导通的时间，从而输出滤波器可将相应的脉冲电压转换成期望的直流输出电压。图2.7显示了详细的工作过程。

   图2.7   通过控制开关器件的占空比来实现电压调节

在图2.7中，输出滤波器由一个电感和电容组成，而电路中还有一个二极营，此二极管的作用是当开关管关断时，给电感电流提供续流回路。图2.7上方显示的是一个占空比稍高于 50%的波形，下方的波形图描述了斩波输入电压，在占空比的调节后得到了一个稍高于输入电压一半的平均输出电压。在实际应用场合中，我们会选择一个尺寸、容量合适的电容来减少输出纹波以满足我们的要求。