开关电源基础讲座

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1、SwitchingPowerSupplyFundamentalsfortheSystemDesignerAnalogTechnicalSeminar,AsiaD-1October2004©2004NationalSemiconductorCorporationDC/DCConverterisJusta….5Vin10.8K-12V1.24K1.24V+Vref开关电源是一个具有低输出阻抗的放大器。在大学控制系统课程所学的所有理论，都适用于线性和开关稳压器。在上面的实例中，输出电压高于电源电压，通常，这是做不到的。但是，放大器的输出级是

2、一个DC/DC升压稳压器，所以这是可能的。如果置输出到4.5V，此电路称之为低压降稳压器，若输出是2.5V，可把它称之为NPN线性稳压器，如LM317。本讲座将首先综术开关稳压器的基本工作原理，包括开关波形和元件选择准则；然后论述开关稳压器的控制方法；最后综述开关电容器变换器和线性稳压器。AnalogTechnicalSeminar,AsiaD-2October2004©2004NationalSemiconductorCorporationBasicPWMDC/DCConverterCompensationSwitchFeedbac

3、kEA1.25VC1RQDriverReferenceSVoltageOscillatorDC/DC变换器只是一个具有大动率输出级的放大器。它随着输出误差增加，其占空比也增加。当误差放大器（EA）输出与振荡器斜波电压相匹配时，RS触发器复位关闭锁存。在稳态时，Driver的输出的占空比将通过EA的输出自我调节，从而保持正确的输出电压。当EA输出太小时，RS触发器有可能复位保持高态，从而使输出导通锁存。这种情况通常发生在轻负载时，因此需要在EA输出端加补偿。所有PWM变换器工作在这种基本状态。OscillatorrampEAoutput

4、SWoutputAnalogTechnicalSeminar,AsiaD-3October2004©2004NationalSemiconductorCorporationStep-DownBuckRegulatorControlSwitchInductorSWITCHNODEVOLTAGEInputOutputCapacitorCirculatingCapacitorPWMdiodeOUTPUTVINVOUTTONT=1/fVDIODE降压稳压器PWM比较器的输出到控制开关，使SWITCHNODE（开关节点）上的电压波形具有V平均值

5、。电感器和输出电容器构成一个低OUT通滤波器，这样DC电压以相当小的纹波呈现在输出端。占空比D定义为T/T。V=V=VD。此方程如同用于计算方波平ONOUTAVEIN*均值的公式，幅度为“V”周期T。宽度“T”。INON若输出电流为零，则不需要续流二极管。事实上，对于非常小的输出电流，我们去掉二极管并用电阻器替代电感器。然而，降压稳压器主要应用在大的平均电流或要求效率的场合。在控制开关断路时，二极管为电感器电流续流提供通路。降压稳压器只是一种在控制开关导通时输入和输出之间连接的拓扑结构。AnalogTechnicalSeminar,A

6、siaD-4October2004©2004NationalSemiconductorCorporationBuckCalculationsforInductance•NeedtoknowVIN,VOUT,IOUT,Switchresistance,operatingfrequency,anddiodedrop.tonVOUT+VD•NextcalculateDD==TVIN-VSW+VD•WecalculateDIwhere:DI£Iout•0.386827•Iout-.366726forIout<2.0AmpsDI£Iout•0.

7、3forIout>2.0Amps•Andtheninductance:VIN-VSW-VOUTDL=×DIINDf第一个选择的元件是电感器。这将决定在其他元件中的所有电流。有很多方法可确定电路最佳电感值。上面所建议的方法是通用的。这是电感大小，输出电压和峰值电流之间的好的折衷方案。自利用上述方程以来，电容器技术有了巨大进步。具有很低ESR的电容器很容易得到。这可使人们减小电感（增加纹波）超过上述指标。电感值是决定控制系统稳定度的主要因素。有时因某种原因要增大或减小电感值。减小电感值可允许用较小尺寸的电感器，增大电感值可允许用较便宜的输

8、出电容器。增大电感值会降低峰值电流，并可从较便宜的开关稳压器实现更大输出电流。AnalogTechnicalSeminar,AsiaD-5October2004©2004NationalSemiconductorCorp