开关电源知识点繁杂,单独展开讲都可以出一本书了,今天呢!就想着对于初学者,是不是应该先有个大概的概念,然后再有序去学习具体的计算公式,毕竟这些计算公式都是围绕着器件的选型而来。
如果一开始就铺天盖地的计算公式,我相信没几个小伙伴是能坚持看下去的,基本上都是入门就到放弃了!
开关电源到底是什么东西?
具体的标准答案,我就不说了,比较枯燥,百度一堆,这里直接大白话说一下!
我们都知道,家里面的电器都是使用220V来供电的,而且这个220V还是交流电。那假如现在有一个设备需要直流12V供电呢?该怎么做?
首先可以肯定的是,想要12V的直流电,必须从交流220V处取,所以就需要把交流的220V转成直流的12V,也就是AC220V~DC12V。
那能实现这个功能AC220~DC12的“中介”就是“开关电源”,当然还有变压器和其他方式也可以实现,这里暂时不讲,开关电源只是方式之一,而不是唯一!
所以“开关电源”在这里就起到了一个能量转换的作用,当然了,这个能量在转换的过程中也是会有损耗的,不可能100%。
把某一个电压经过一系列电子器件和技术输出一个或多个稳定的电压,而且还具备一定的带载能力,这就是开关电源。
那开关电源的拓扑还分:Buck(降压),Boost(升压),Buck_Boost(升降压),本文只对Buck展开讲解,其他的有兴趣的小伙伴可以私底下百度了解!
Buck架构的开关电源其实可以借助“水坝”来理解
水坝上面的入水口就类似于220V,出水口就类似于输出的DC12V,DC5V等多路输出,水坝的闸门及控制系统,就相当于开关电源的控制系统,虽然比喻不是很贴切,但也能帮助初学者更好的理解开关电源。
我们先看一下Buck电源的框图:
(1)EMC滤波电路
这个电路到底是干嘛用的,经常见,但就是不知道干嘛用的,估计很多小伙伴心里都会这么想过,举个栗子
家中有电磁炉,电冰箱,电视机,热水器,空调等,比如说以电磁炉为中心对象,他在正常工作时不能干扰到别的电器(这就是EMI),还有其他电器工作起来时也不能影响到电磁炉正常的工作状态(这就是EMS),这就是EMC滤波电路存在的意义,所以EMC就包含EMI和EMS,EMC滤波电路里面具体有那些器件,我们后面文章再具体讲。
(2)整流电路和滤波电路
要想把AC220V转成DC12V的第一步就是要把AC220V整流成高压脉动直流电,然后再经过滤波电路就可以得到相对平滑的直流电了,具体的原理,可以直接戳这里:
(3)DC-DC
DC-DC一般指的是把高压直流电降为低压直流电,其中最为关键的器件就是变压器,通过改变变压器的初级线圈和次级线圈的匝数比来改变输出的电压,当然,在实际的设计中,不仅仅要考虑匝数比,还要考虑变压器的电感量,初级线圈和次级线圈的峰值电流,变压器的骨架选型和计算等等等,变压器是整个开关电源中最为关键,也是最为复杂的一环,这里我们有个概念即可,看不懂也没关系,后面慢慢来!
(4)输出整流
变压器的次级线圈输出的第一个器件就是整流二极管,目的就是利用二极管的单向导通特性,把交流电转换成直流电。
(5)控制芯片和反馈电路
控制芯片是整个开关电源的“大脑”,能不能输出全靠它来控制,反馈电路其实就把输出的电压状态反馈给控制芯片,根据反馈电路反馈回来的值再去做判断,比如说过压保护,过流保护等等!
最后,我们以一块板子来更加清楚的认识各个部分的器件,如下图所示:
开关电源中的器件是非常多的,计算公式也是非常多的,在学习中不可能一口气消化掉所有的知识点的,所以本文只针对初学者,为了能让初学者对开关电源能先有个基本的认识,而不至于说一上来就直接劝退了。