开关电源在输入电压波动时,通过改变输出电压的脉冲宽度进行调制,这种方式被称为脉冲宽度调制,或简称PWM。该技术的一个明显优势是在中等负载下可以保持良好的效率;而其工作频率则由PWM信号的斜率频率来确定。
脉冲宽度调制(PWM),英文全称Pulse Width Modulation,通常简称为脉宽调制,是一种在电子技术中广泛应用的技术。包括相电压控制PWM、随机PWM和SPWM法等多种形式。特别是在镍氢电池智能充电器中广泛采用脉宽PWM法。该方法通过均匀脉冲宽度的脉冲序列实现PWM波形,通过调整脉冲序列的周期来调频,通过改变脉宽或占空比来调压,采用适当的控制策略,可以实现电压和频率的协调变化。
关于PWM开关电源的基本原理:这是一种通过固定开关周期,改变Ton以调节占空比的方法。它通常称为定频调宽,意味着开关频率保持不变,通过调整每个周期内驱动信号的占空比来实现调制。输出电压变化时,通过回路控制调整驱动信号的占空比,以保持输出电压的稳定。
与线性电源相对,PWM开关电源的工作更为高效。通过“斩波”技术,将输入的直流电压转变为幅值等同于输入电压的脉冲电压。其占空比由控制器调节,一旦将输入电压斩成交流方波,基本幅值便可通过变压器升高或降低。增加变压器的二次绕组数量可以提高输出电压的档次。最终,这些交流波形经过整流和滤波,就可以得到稳定的直流输出。
PWM开关电源的显著优势包括:控制电路简化,便于设计与实施,输出纹波电压低,频率特性优良,线性度高。在重负载条件下,这种方式还能保持较高的效率。而在轻负载条件下,效率会有所下降。由于误差放大器的影响,回路的增益和响应速度也会受到限制。
在选择PWM芯片时,常考虑以下因素:芯片的最大输出频率,这决定了基于PWM频率及电源的输出功率和输入电压的磁芯和电感选择;输出信号的驱动功率,通常可以通过外部电路来增强驱动力;以及基于成本的芯片和电路架构选择。某些高压直流(HVDC)信号通过启动电阻传递给芯片,一旦达到启动电压,芯片开始工作并驱动MOSFET。这种周期性的启停过程使得变压器能够在两种感应电压状态下工作,通过整流和滤波来实现稳定的输出电压。
PWM控制的集成电路类型繁多,包括TOP221、TL494、UC3842等。不同的集成电路可能支持反激式或正激式的开关电源。这些电路通常通过集成电路的某个引脚接受外部信号反馈,以此来控制开关。
PWM的优缺点:在小负载情况下,其效率较低。而PFM(脉冲频率调制)所支持的输出电流较小,因为电感上的电流线性上升,如果Ton固定,则每个周期的电感峰值电流也是固定的。PWM的纹波电压较小,且开关频率固定,这使得噪声滤波器的设计和噪声消除变得相对简单。在调制方式中,PWM占据主流地位。
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