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码住!这可能是最适合新手的TI开关电源‘内参’,好懂到上头

10月前浏览503
大家好!之前我们分享过TI的《LDO基础知识》,今天带来的是它的“好兄弟”——《开关电源基础知识》!同样是TI官方出品,图文并茂、通俗易懂,特别适合咱们电子新手入门,老手温故而知新!


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第一章:开关电源基础知识  

什么是开关电源?

简单说,它就是通过快速开关MOS管来控制能量传递,实现高效稳压的电源。相比LDO(线性稳压器),开关电源效率高、发热小,适合输入输出电压差大的场合。

实现稳压需要一个控制系统(负反馈)。从自动控制理论我们知道,当电压上升时通过负反馈把它降低,当电压下降时把它升上去,这样就形成了一个控制环路。


开关电源 vs LDO

  • LDO:简单、安静(噪声小),但体积大,效率低,发热大。

  • 开关电源:体积小,效率高(可达90%以上),支持升压/降压/反压,但噪声大,设计复杂。

     

     

常见拓扑结构:

  • Buck(降压):输出比输入低


    输出电压关系式为:Vo = Vin × D(D为占空比)
    工作原理:开关导通时,能量从输入向输出传递,电感储存能量;开关关断时,电感通过续流二极管维持电流。  


  • Boost(升压):输出比输入高

输出电压关系式为:Vo = Vin / (1-D)
工作原理:开关导通时,电感储存能量;开关关断时,电感能量与输入能量叠加向输出供电。


  • Buck-Boost:可升可降,还能反相

输出电压关系式为:|Vo| = Vin × D/(1-D)
当D=0.5时,Vo=Vin;当D<0.5时,Vo<Vin;当D>0.5时,Vo>Vin

小贴士:有时候我们会在开关电源后面再加一个LDO,既能高效降压,又能获得干净稳定的电压!


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第二章:效率与Vout的关系  

效率不是固定值!它与输出电压Vout密切相关。

一般来说:

  • 占空比越大,效率越高

  • 输出电压越大,效率越高

电源的效率公式:η = Pout / (Pout + Pd),其中Pout为输出功率,Pd为耗散功率。

通过实际计算可以发现:
假设输入5V,输出1A

  • 当Vout=3.3V时,效率可达95%

  • 当Vout=1V时,效率可能只有88%

由此可见,输出越大(即占空比越大),效率就越高。所以设计时要根据实际输出选择合适的拓扑和工作点。


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第三章:同步 vs 非同步  

在应用中,只有一个上管开关的就是非同步的,上下管都有场效应管的就是同步的。

非同步特点:

  • 使用二极管续流

  • 输出电流变化时,二极管的电压降恒定

  • 效率较低(二极管有压降)

  • 成本较低

  • 适合高输出电压应用


同步特点:

  • 使用MOS管代替二极管

  • 导通电阻Rds_on非常小(毫欧级别)

  • 效率较高

  • 需要额外的控制电路

  • 成本较高

  • 适合低输出电压、大电流应用


选择建议:
对于低输出电压,采用同步的效果非常明显,影响效率的主要就是续流二极管的损耗;对于较高的VOUT,采用同步还是非同步差别不大。


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第四章:隔离式 vs 非隔离式  

隔离大家应该都知道,就是输入输出电气连接,主要起到一个保护作用。

非隔离式:

  • 如Buck、Boost、Buck-Boost

  • 结构简单、体积小、成本低

  • 输入输出不隔离,有触电风险,抗干扰差


隔离式:

  • 如反激、正激、半桥、全桥

  • 通过变压器隔离,安全、抗干扰强

  • 体积大、成本高、设计复杂

应用场景:
隔离电源常用在家电、工业设备、医疗设备等对安全要求高的场合。


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第五章:脉宽调制(PWM) vs 脉冲频率调制(PFM)  

PWM和PFM是两大类DC-DC转换器架构,每种类型的性能特征不同。

PWM:

  • 固定频率,调节脉冲宽度

  • 重负载效率高,噪声小

  • 轻负载效率低

PFM:

  • 固定脉宽,调节频率

  • 轻负载效率高

  • 噪声大,EMI难处理

现代芯片大多支持双模式:重载用PWM,轻载自动切换PFM,兼顾效率和噪声。

注:本资源仅供学习交流,请勿用于商业用途。

来源:硬件笔记本
电源电路电子芯片理论控制电气
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-12-04
最近编辑:10月前
硬件笔记本
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