开关电源技术详解：从线性到开关模式

"TI-开关电源基础知识.pdf" 开关电源是电力电子技术中的重要组成部分，它广泛应用于各种电子设备中，提供稳定、高效的电源供应。开关电源的主要类型包括线性稳压器、开关稳压器和充电泵。 线性稳压器是早期常用的电源调节方式，其工作原理是通过调整传输元件（通常是晶体管）的工作状态使其在线性区工作，以降低输入电压到所需的输出电压。线性稳压器适合降压转换，但效率较低，因为在调节过程中会消耗大量功率，导致发热严重。 相比之下，开关稳压器的工作方式更为高效。开关稳压器利用传输元件（如MOSFET或BJT）快速地在全开和全关之间切换，而不是像线性稳压器那样工作在连续导通模式。开关稳压器通常包含一个电感器，用于存储能量并在开关关闭时释放。这种工作模式允许开关稳压器实现升压、降压甚至反相电压转换，且效率远高于线性稳压器。例如，一个6.6W的线性稳压器在12V输入、0.61A输出时效率仅为90%，而同样的功率在2A、12V输入下，效率仅为28%，并且会产生大量热量。而开关电源则能显著减少损耗，提高能效。 充电泵是一种特殊的开关电源，它的传输元件部分在开关和线性模式之间切换，可以用于电压提升，但通常局限于使用电容器储能。 开关稳压器的核心控制机制是脉冲宽度调制（PWM），通过改变开关元件的导通时间（占空比）来调整输出电压的平均值。PWM信号不能直接供给负载，因此需要电感或电容来平滑脉冲输出，确保稳定的电压供给。例如，在降压开关电源中，输入电容用于滤波，输出电容保持输出电压稳定，电感则用于储存和释放能量，而箝位二极管则确保电感器在开关关闭时不造成电压尖峰。 开关电源的不同拓扑结构提供了多样化的电压转换功能，如降压（Buck）、升压（Boost）、降压-升压（Buck-Boost）、Cuk、SEPIC和Zeta等。这些拓扑各有特点，适应不同的应用场景，例如降压转换器适用于输入电压高于输出电压的情况，而升压转换器则相反，可用于电池充电器或太阳能系统等需要提升电压的场合。 TI的这份开关电源基础知识文档详细介绍了开关电源的工作原理、优势和不同类型的拓扑结构，对于理解开关电源的设计和应用非常有帮助。无论是对电子工程初学者还是经验丰富的专业人士，都是一个宝贵的参考资料。