开关电源,或称交流至直流转换器,其内部的功率开关晶体管以高频率切换工作,由于其工作效率高达75%至90%,是传统线性稳压电源效率的两倍。与线性稳压电源不同,后者通过调节阻值来改变电压,类似于调整滑动变阻器的方式。而开关电源是通过调节开关的切换频率来变更输出电压。
一、开关电源的分类方法多样。按照控制原理划分,主要有四种类型:
1) 脉冲宽度调制(简称PWM)方式:通过调整脉冲的宽度来达到稳压的效果,其核心为PWM控制器。这种方式是最常见的,因其调节范围广,并能与系统的主时钟同步。
2) 脉冲频率调制(简称PFM)方式:通过调节开关的频率来实现电压稳定,适用于便携设备,特别是在低占空比和低频操作时能降低控制芯片的待机电流。
3) 脉冲密度调制(简称PDM)方式:特征是脉冲宽度固定,通过调整脉冲的数量来控制电压,利用零电压开关技术显著减少了功率损耗。
4) 混合调制方式:这是PWM和PFM的结合,调节开关周期和脉冲宽度均可变。
二、开关电源还可根据开关晶体管与负载的连接方式进行分类,分为串联型、并联型和变压器耦合型:
- 串联型特点是开关晶体管与负载直接串联,滤波性能优良,电压纹波小。但其安全性较低,称为“热底盘”,若发生短路,可能对负载造成过压损害。
- 并联型的开关管与负载并联。其工作原理是开关管周期性导通与截止,负载所需电流主要由电容供给,保持能量平衡。
- 变压器耦合型使用双极晶体管或场效应管,通过变压器耦合,可实现输入与输出之间的隔离,多用于电视等设备,便于获得多种直流电压输出。
需要指出的是,PWM控制器不仅可以作为独立的集成电路,还可以集成于开关稳压器或开关电源中。而开关稳压器一般指DC-DC变换器,与AC-DC变换器的区别主要在于输入输出的电流形态不同。
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