开关电源(Switched-Mode Power Supply,SMPS)是一种高效能的电源转换器,它利用半导体开关器件(如MOSFET或IGBT)的快速开关特性来控制输入电源的能量传输。开关电源的主要优势在于其高效率、小体积以及轻重量。
下面是开关电源的基本工作原理概述:
1、整流滤波:
输入电源通常是交流电(AC),通过整流桥将其转换为直流电(DC)。
经过整流后的直流电还需要通过大容量的滤波电容进一步平滑,以减少纹波电压。
2、开关控制:
在直流电源和平滑电容之后,连接一个开关控制器,该控制器产生一个脉冲宽度调制(PWM)信号来控制开关管的导通和关断。
开关管(通常是MOSFET或IGBT)在PWM信号的作用下周期性地导通和关断,从而将直流电压转换为高频脉冲电压。
3、能量转换:
高频脉冲电压施加在开关变压器的初级绕组上。
变压器将初级绕组上的能量耦合到次级绕组,实现电压变换。变压器可以是升压、降压或其他类型的变换。
4、次级整流滤波:
变压器次级输出的脉冲电压通过整流二极管进行整流,再通过滤波电容平滑,zui终输出稳定的直流电压。
5、反馈控制:
为了保持输出电压稳定,开关电源通常包含一个反馈回路,监测输出电压,并将信息送回控制器。
控制器根据反馈信号调整PWM信号的占空比,进而控制开关管的导通时间,确保输出电压保持在一个设定值附近。
6、保护电路:
为了防止过载、短路和其他异常情况,开关电源通常还包括一些保护电路,比如过流保护、过温保护等。
开关电源的一个关键特点是其开关频率通常非常高,这允许使用较小的变压器和其他储能元件(如电感和电容),从而使整个电源转换系统更加紧凑和高效。