開關穩壓器的工作原理是從輸入源吸取少量能量,然后逐步將其傳輸到輸出端。這項任務是通過使用電子開關(以預定頻率工作)來實現的,該開關就像輸入能源和輸出之間的門一樣工作。該柵極控制傳輸到輸出負載的電荷量。開關穩壓器的輸出電壓取決于開關保持閉合的時間。如果開關的關斷時間較長,則傳遞到輸出負載的能量較少,因此平均輸出電壓將很低。如果開關的關斷時間較短,則更多的能量將傳遞到輸出負載,從而獲得更好的平均輸出電壓。基本開關穩壓器的原理圖如下所示。
當開關 S1 閉合電容 Cout 時,Cout 充電,當開關 S1 打開時,Cout 通過負載放電。S1的占空比決定了向輸出負載傳遞多少能量。簡單來說,電容器Cout用作濾波器,將來自開關的脈沖波形轉換為穩定電壓。輸出電壓始終是輸入電壓和開關占空比的函數。
實用開關穩壓器的原理圖如上所示。該電路有兩個附加元件:肖特基二極管D1和電感L1。幾乎所有開關穩壓器電路中都存在這兩種元件,它們極大地提高了電路的性能。讓我們看看二極管和電感如何改善穩壓電路的性能。
當開關S1閉合時,電感L1通過產生相反的電磁場來對抗上升電流,這使得二極管D1反向偏置,其行為類似于開路開關。當開關S1開路時,電感L1中感應的電磁場將放電,從而產生反極性電流。這使得二極管D1正向偏置,它將保持在導通級,直到電感中的磁場變為零。簡單來說,這個動作類似于輸出電容的充電和放電。因此,電感和二極管的共同作用提高了輸出電容器的濾波能力,從而提高了電路效率。
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