开关性稳压电源的效率很高,但输出纹波电压较高,噪声较大,电压调整率等性能也较差,特别是对模拟电路供电时,将产生较大的影响。
因开关电源工作效率高,一般可达到80%以上,故在其输出电流的选择上,应准确测量或计算用电设备的最大吸收电流,以使被选用的开关电源具有高的性能价格比,通常输出计算公式为:
Is=KIf式中:
Is—开关电源的额定输出电流;If—用电设备的最大吸收电流;K—裕量系数,一般取~;
电容式开关电源
它们能使输入电压升高或降低,也可以用于产生负电压。
其内部的FET开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电和放电,从而使输入电压以一定因数,2或3)倍增或降低,从而得到所需要的输出电压。
这种特别的调制过程可以保证高达80%的效率,而且只需外接陶瓷电容。
由于电路是开关工作的,电荷泵结构也会产生一定的输出纹波和EMI(电磁干扰)
首先贮存能量,然后以受控方式释放能量,以获得所需的输出电压。
将555电路产生的振荡脉冲,通过二极管整流电路整流后向电容充电,使电容充电至电源电压,将这样的整流一充电电路逐级连接,就可以得到2倍、3倍、4倍甚至多倍于电源电压的升压电路。
下面介绍由555电路组成的2倍压、3倍压和4倍压升压电路,电路组成如图2-42所示。
电路工作原理分析在图2-42中,图(a)是一个2倍压升压电路。
这个电路中,电容和二极管的数量与上一例介绍过的负电源变换电路一样,但二极管和电容的连接位置以及它们的连接方式均和上一例不同,它们的工作原理和最终输出电压也都是不同的。
本例电路称为倍压整流电路.
电路工作过程:
在图2-42(a)中,接通电源后,电源首先通过VDl向C4充电,使c4两端电压接近电源电压。
当NE555的③脚输出脉冲的上升沿时,再次向C4充电。
根据水涨船高的原理,使C4正极对地电压达到:
电源电压+脉冲峰值电压。
随即这一电压通过VD2向C5充电,使C5正极对地电压达到C4的电压,即等于电源电压的2倍。
当脉冲下降沿到来时,电源再次通过VDl向C4充电,重复上述过程。
图2-42(b)所示是一个3倍压升压电路。
由图可见,该电路的升压电路是由3组二极管一电容电路组成的,如果与图2-42(a)来对照其连接方式就会发现,这一电路所加的元器件,按其位置对比是VDl和c4。
在该电路中,3组二极管电容电路的每-级均能将前一级输出电压提高一个电源电压值,3组这样的电路可将输出电压提高到电源电压的3倍。
图2-42(c)所示是一个由555电路组成的4倍压升压电路,该电路由4组二极管一电容电路组成,最终可将输出电压提高到电源电压的4倍。
俺试着分析一下原理算是抛砖引玉吧:
1。
在开始时刻,C1、L1都处于初始状态,Q1导通,导致Q2导通,此时Q2集电极电流应该为:
Ic2 = B2*Ib2 = B2*B1*Ib1 = B2*B1*(Vcc-Vt1)/R1 —— B1、B2分别为电流放大倍数2。
由于L1的存在,Ic2不能突变,因此,Q2进入饱和,C1上充电,L1电流持续上升:
dI/dt = VL1/L1 = (Vcc - Vsat2)/L13. 当L1上电流上升变慢,甚至无法上升时,Q2集电极电位抬高,VL1 = 0,4。
由于C1上充电的影响,导致Q1基极被抬高,Q1、Q2被关断;5。
Q2被关断后,L1上电流只有通过LED泄放,Q2集电极被抬高到LED导通电压,导致Q1基极被更加抬高;6。
C1电容通过R1放电,要一直放到Q1基极电压低于(Vcc-Vt1),Q1重新导通,总放电电量为:
放电初始基极电压 (Vcc-Vsat2+Vled), 放电终止基极电压(Vcc-Vt1), Qc = C1*(( Vcc-Vsat2+Vled) - (Vcc-Vt1)) = C1*( Vled + Vt1 - Vsat2 )7。
Q1导通后,Q2重新导通,Q2集电极电位又被重新拉低,L1上电流开始增加,C1重新充电,回到第二步。
27楼只是纯粹的理论分析,实际应用时还有几个陷阱要注意:
首先,是Q1、Q2的关断条件。
Q1、Q2的关断条件是L1上的感生电压足够小,导致Q2集电极电位抬升。
L1上的感生电势又是由流经的电流变化率决定的,因此,理论分析假设是当Q2集电极电流达到Q1基极电流与两个三极管的放大倍数乘积时,Q1、Q2关断。
但实际情况并不见得如此,有另外两个因素也可能导致L1上电压降低:
其一,L1磁通饱和,也就是L1上电流超过其额定电流时,L1上磁通不再增加,导致感生电势为零;其二,电池内阻,也就是当输出电流比较大时,电池输出电压降低,也可能导致L1上电流不再增加,L1感生电势为零。
因此,电感的选择很重要,一定要保证足够的额定电流容量;R1和Q1Q2的选择也很重要,应该保证L1上电流达到最大时,电池电压不至于明显降低;其次,是L1和C1参数的选择。
如果在电感上的电流通过LED放电还没有达到零时,Q1Q2恢复导通,那么L1上电流将随着开关次数的增加迅速增大,直到发生磁饱和。
因此,C1R1上的延迟,一定要远远大于L1上电流通过LED泄放完全的时间。
L1上电流泄放时间可以按如下方式推断:
假设其峰值电流为Im,则电感储能为:
El1 = L1 * Im**2 / 2 LED平均电流假设为Im/2,则所需放电时间为:
TLED = EL1 / ( Im * VLED /2 ) = L1 * Im / VLED 所以,R1C1决定的放电时间,一定要大于TLED,要留出足够余量,但又不能太大,因为取得太大,会降低LED上的平均电流。
这个电路简单是足够简单,但是其性能在很大程度上由元件的本身参数决定,而元件参数都是有一定的离散性的,特别是三极管电流放大倍数和电池电压,因此,这个电路要想做稳定,并且保持产品间的一致性,并不是一件容易的事情,应用的时候一定要小心。