开关电源(DC/DC)原理分析

jane@2013 · 发表于 2021-9-24 10:24

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一、开关电源：是一种高频化电能转换装置，其主要利用电力电子开关器件(如晶体管、MOS管、可控晶闸管等)，通过控制电路，使电子开关器件周期性地"接通"和"关断"，让电力电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现电压变换以及输出电压可调和自动稳压的功能。

开关电源的优势：①功耗低，效率高。②体积小，重量轻。③稳压范围宽。

开关电源的损耗来源：①开关管损耗。②电感电容损耗。③二级管损耗。

开关电源的损耗分析：开关电源的效率可以达到90%以上，如果精心优化与设计，甚至可以达到95%以上，这在以电池作为电力来源的场合非常重要，例如手机、小型无人机等。因此开关电源设计的优劣程度将直接影响设备的续航能力。

(1)、开关管损耗：这是开关电源的主要损耗，主要包括开关损耗、导通损耗。因此应该尽量选择导通电阻比较小的开关管作为开关电源的核心元器件。

(2)、电感电容损耗：电感损耗主要包括直流电阻损耗，电容损耗主要包括漏电流损耗。因此应该尽量选择直流电阻较小的电感和漏电流较小的电容元器件。

(3)、二极管损耗：主要包括导通损耗和开关损耗。因此应该尽量选择导通压降较小，反向恢复时间较短的二极管，例如肖特基二极管或快恢复二极管等。

二、开关电源的分类：

按照调制方式的不同可分为脉宽调制(PWM)和脉频调制(PFM)两种，目前脉宽调制(PWM)在开关电源中占据主导地位。

按照管子的连接方式可分为串联式开关电源、并联式开关电源和变压器式开关电源三大类。

按照输出电压的不同可分为降压式开关电源和升压式开关电源两种。

按照输入输出类型可分为：AC-AC、DC-AC、AC-DC、DC-DC四种，这里以DC-DC为主进行介绍。

按照是否有电气隔离可分为隔离型开关电源和非隔离型开关电源两种。
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jane@2013 · 发表于 2021-9-24 10:49

开关电源的同步整流技术：由于二极管导通至少存在0.3V的导通压降，因此续流二极管所消耗的功率将会成为DC/DC开关电源的主要功耗，从而严重地限制了效率的提升。为了解决这个问题，用导通电阻极小(一般为几十毫欧左右)的MOS管取代续流二极管。然后通过控制器同时控制开关管和同步整流管，要保证两个MOS管不能同时导通，否则将会发生短路，烧毁电路。