开关电源原理与设计:半桥式转换器解析
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更新于2024-08-16
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"这篇文档介绍了半桥式转换器在开关电源中的应用,强调了其无需高压晶体管和对称修正电路的优势。同时,概述了开关电源的基本原理、设计要点,包括DC-DC变换器的主要架构、EMI部分、PFC部分、同步整流、均流技术和保护与控制线路。"
在开关电源领域,半桥式转换器是一种常见的拓扑结构,尤其适用于处理115V或230Vac的交流输入电压。这种转换器有两个主要优点:一是由于它的工作方式,不需要使用高压晶体管,从而降低了设计的复杂性和成本;二是通过简单方法可以平衡每个转换晶体管的伏特-秒区间,无需采用昂贵的对称修正电路,这有助于提高效率和可靠性。
开关电源的基本原理通常包括输入回路、输出回路和控制回路。输入回路首先通过EMI滤波器消除电网中的干扰,然后经过高压整流和滤波,将交流电转换为直流电。隔离开关变压器的初级和高压方波切割元件(如MOSFET)也是输入回路的一部分。输出回路由隔离开关变压器的次级和低压整流滤波电路组成,它们与控制回路一起工作在低电压环境下。隔离开关变压器起到了隔离高电压和低电压的作用,确保了操作安全,并实现了电压转换。
工作流程中,交流输入电压经过EMI滤波后变为直流电,再通过MOSFET等开关元件转换为高频方波信号,该信号在隔离开关变压器初级侧产生感应,次级侧则感应出低电压交流电,最后经过整流滤波提供稳定的低压直流输出。控制回路监控输出电压并反馈给PWM逻辑控制电路,以调整占空比,维持输出电压的稳定。同时,当负载出现故障时,保护电路会触发响应,停止开关元件的工作,实现保护功能。
在DC-DC变换器的架构中,Boost(升压)和Buck(降压)变换器是两种常见的拓扑。Boost变换器用于提升电压,Buck变换器则降低电压。两者都依赖于开关元件(如MOSFET)的通断来控制电流流动,以改变输出电压。在实际应用中,这些变换器的性能和效率取决于设计参数,例如电感值、开关频率和控制策略。
此外,开关电源设计还涉及电磁干扰(EMI)的抑制、功率因数校正(PFC)以提高电源效率、同步整流技术以减少损耗、均流技术以保证多路输出的均衡,以及各种保护和控制电路,如过载、短路保护等,这些都是确保开关电源系统稳定运行的关键要素。
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