2025年电源硬件设计----电源基础知识(1)

电源硬件设计----电源基础知识(1)电源类型 电能形式的变换如图所示 电力电子技术可以实现电能形式的高效转换 电源功率调节基本方式 线性稳压电源原理 220V 交流电稳压输出 5V 直流电包括 工频降压 全桥整流 滤波 线性稳压 滤波 如图所示 其中 线性稳压器原理是通过控制电压降 Vce 消耗电能 来达成电功率的调节

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电源类型

电能形式的变换如图所示:
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电力电子技术可以实现电能形式的高效转换

电源功率调节基本方式

线性稳压电源原理

220V交流电稳压输出5V直流电包括:工频降压、全桥整流、滤波、线性稳压、滤波,如图所示:
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其中,线性稳压器原理是通过控制电压降Vce(消耗电能)来达成电功率的调节,如图所示:
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开关稳压电源原理(脉宽调节)

通过控制电能的输入激励间隔d实现电功率的调节,其中半导体开关是最关键的器件,电感作为磁储能元件必不可少,如图所示:
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开关稳压电源原理(频率调节)

通过控制电能的变换频率f实现电功率的调节,如图所示:
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  • 功率:单位时间传递的能量
  • 频率:单位时间的交变次数

基本开关变换器拓扑

Buck型降压电路

Buck型降压电路,主要元器件为半导体开关、电感、续流二极管、电容,开关管断开和闭合两种情况,如图所示:
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Buck型降压电路计算公式如下:
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  • ton表示开关管闭合的时间,toff表示开关管断开的时间
  • 由于0<d<1,所以Vo<Vi,因此只能降压
  • 开关管频率越高,ton越小,电流纹波越小
  • 电感L越大,磁储能越多,电流纹波越小
  • 电容C起了输出电压滤波的作用

Buck型降压电路工作波形,如图所示:
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Boost型升压电路

Boost型升压电路,主要元器件为半导体开关、电感、续流二极管、电容,开关管断开和闭合两种情况,如图所示:
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Boost型升压电路计算公式如下:
在这里插入图片描述

  • ton表示开关管闭合的时间,toff表示开关管断开的时间
  • 开关管频率越高,ton越小,电流纹波越小
  • 电感L越大,磁储能越多,电流纹波越小
  • 电容C起了输出电压滤波的作用

Boost型升压电路工作波形,如图所示:
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Buck-Boost型升降压电路

Buck-Boost型升降压电路,主要元器件为半导体开关、电感、续流二极管、电容,开关管断开和闭合两种情况,如图所示:
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Buck-Boost型升降压电路计算公式如下:
在这里插入图片描述

  • ton表示开关管闭合的时间,toff表示开关管断开的时间
  • 由于0<d<1,可以升压、降压
  • 电感L越大,磁储能越多,电流纹波越小
  • 电容C起了输出电压滤波的作用
  • 输出电压极性相反

Buck-Boost型升降压电路工作波形,如图所示:
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Cuk型升降压电路

Cuk型升降压电路,主要元器件为半导体开关、电感、续流二极管、电容,开关管断开和闭合两种情况,如图所示:
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Cuk型升降压电路计算公式如下:
在这里插入图片描述

  • ton表示开关管闭合的时间,toff表示开关管断开的时间
  • 0<d<1,可以升压、降压
  • 电容C13为传递能量的耦合电容,处理功率
  • 电容C14起了输出电压滤波的作用
  • 输出电压极性相反
  • 开关闭合时,输入、输出完全隔离
Sepic型升降压电路

Sepic型升降压电路,主要元器件为半导体开关、电感、续流二极管、电容,开关管断开和闭合两种情况,如图所示:
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Sepic型升降压电路计算公式如下:
在这里插入图片描述

  • ton表示开关管闭合的时间,toff表示开关管断开的时间
  • 0<d<1,可以升压、降压
  • 电容C17为传递能量的耦合电容,处理功率
  • 电容C18起了输出电压滤波的作用
  • 输出电压极性相反
  • 开关闭合时,输入、输出完全隔离

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