驅動電源和開關電源的區別

2022-08-30 02:48:03 字數 5005 閱讀 4119

概括地說,led驅動也是開關電源的一種,只是它有幾點特殊性,也是這類開關電源的共性,所以習慣上把它分類稱為led驅動了.這幾點特殊性是:

1、它的電壓輸出是3.2的倍數,就是說電壓輸出的形式為3.2v、6.

4v.9.6v、12.

8v.....,但最多一般不超過25.6v,因為超過這個數後,在開啟led的時候,會因產品的一至性不好而發生瞬間燒掉最後導通的那只led的可能性.

而這個電壓也不是恆定的,而是隨負載的變化而變化,以達到恆流的目的.

2、它的輸出電流是恆定的,理想的電路是無論led的特性曲線怎麼變化,驅動電源的電流保持不變.但限於元件精度,還是會有少量的變化的,而這個變化也是判斷驅動電路是否優秀的重要引數,led的導通與電壓的函式是乙個非線性的「三段」關係,所以保持恆流非常重要.

3、它的啟動是軟啟動.由於led的一致性非常差,並且在導通時內部pn結的活性發生瞬間變化,所以led的驅動一般設計為軟啟動,來避開這個缺陷.

4、它的電路要求最簡單,因為很多時候,要求電路裝在乙個很小的空間裡,以配合led照明的方便性,所以電路應盡可能的簡單,這樣也能節約成本、減少能耗.

5、它一般不要求隔離,因為很多產品是類似於普通照明燈一樣的結構,安全方面可與照明燈相仿就是,但這第5條是乙個「選讀項」,大家在了解的時候不要有誤解,因為有的驅動還是需要隔離的,這個特點只適用於我們目前流行的電路,而不一定適合以後的電路發展需要.

綜上所述,可以認為:軟啟動、恆流、階躍電壓、電路簡單是它的特點.

這裡再指出一點:很從人偏面的強調恆流,但卻閉口不提電壓,是不對的,因為恆流的概念與電壓無關,比如乙個電源,如果僅僅是30v輸出的恆流,那麼當你開路的時候,它的電壓就是30v了,這時你如果接上led,那麼這個直接用pn結工作的元件,會在最精確電路的反應之前燒掉的,

因為任何電路都需要有反應時間,而電路裡的工作器件就是半導體,眾之的pn結在電源給出取樣訊號後才能反應過來,而led的pn結直接就開始工作了,所以它的「反應」比電路中「眾多的pn結配合」來得快,提前燒掉!當然也有特殊場合下用這種驅動的,但這種led的驅動不允許輸出端開路的,

準確的說是「不允許輸出端開路後再接上led」.所以在恆流的同時,我們要加上電壓概念才行,何況這樣更有利於理解led的導通函式曲線

幾種基本型別的開關電源

顧名思義,開關電源就是利用電子開關器件(如電晶體、場效電晶體、可控矽閘流管等),通過控制電路,使電子開關器件不停地「接通」和「關斷」,讓電子開關器件對輸入電壓進行脈衝調製,從而實現dc/ac、dc/dc電壓變換,以及輸出電壓可調和自動穩壓。

開關電源一般有三種工作模式:頻率、脈衝寬度固定模式,頻率固定、脈衝寬度可變模式,頻率、脈衝寬度可變模式。前一種工作模式多用於dc/ac逆變電源,或dc/dc電壓變換;後兩種工作模式多用於開關穩壓電源。

另外,開關電源輸出電壓也有三種工作方式:直接輸出電壓方式、平均值輸出電壓方式、幅值輸出電壓方式。同樣,前一種工作方式多用於dc/ac逆變電源,或dc/dc電壓變換;後兩種工作方式多用於開關穩壓電源。

根據開關器件在電路中連線的方式,目前比較廣泛使用的開關電源,大體上可分為:串聯式開關電源、並聯式開關電源、變壓器式開關電源等三大類。其中,變壓器式開關電源(後面簡稱變壓器開關電源)還可以進一步分成:

推挽式、半橋式、全橋式等多種;根據變壓器的激勵和輸出電壓的相位,又可以分成:正激式、反激式、單激式和雙激式等多種;如果從用途上來分,還可以分成更多種類。

下面我們先對串聯式、並聯式、變壓器式等三種最基本的開關電源工作原理進行簡單介紹,其它種類的開關電源也將逐步進行詳細分析。

串聯式開關電源

串聯式開關電源的工作原理

圖1-1-a是串聯式開關電源的最簡單工作原理圖,圖1-1-a中ui是開關電源的工作電壓,即:直流輸入電壓;k是控制開關,r是負載。當控制開關k接通的時候,開關電源就向負載r輸出乙個脈衝寬度為ton,幅度為ui的脈衝電壓up;當控制開關k關斷的時候,又相當於開關電源向負載r輸出乙個脈衝寬度為toff,幅度為0的脈衝電壓。

這樣,控制開關k不停地「接通」和「關斷」,在負載兩端就可以得到乙個脈衝調製的輸出電壓uo 。

圖1-1-b是串聯式開關電源輸出電壓的波形,由圖中看出,控制開關k輸出電壓uo是乙個脈衝調製方波,脈衝幅度up等於輸入電壓ui,脈衝寬度等於控制開關k的接通時間ton,由此可求得串聯式開關電源輸出電壓uo的平均值ua為:

式中ton為控制開關k接通的時間,t為控制開關k的工作週期。改變控制開關k接通時間ton與關斷時間toff的比例,就可以改變輸出電壓uo的平均值ua 。一般人們都把稱為占空比(duty),用d來表示,即:

串聯式開關電源輸出電壓uo的幅值up等於輸入電壓ui,其輸出電壓uo的平均值ua總是小於輸入電壓ui,因此,串聯式開關電源一般都是以平均值ua為變數輸出電壓。所以,串聯式開關電源屬於降壓型開關電源。

串聯式開關電源也有人稱它為斬波器,由於它工作原理簡單,工作效率很高,因此其在輸出功率控制方面應用很廣。例如,電動電單車速度控制器以及燈光亮度控制器等,都是屬於串聯式開關電源的應用。如果串聯式開關電源只單純用於功率輸出控制,電壓輸出可以不用接整流濾波電路,而直接給負載提供功率輸出;但如果用於穩壓輸出,則必須要經過整流濾波。

串聯式開關電源的缺點是輸入與輸出共用乙個地,因此,容易產生emi干擾和底板帶電,當輸入電壓為市電整流輸出電壓的時候,容易引起觸電,對人身不安全。

串聯式開關電源輸出電壓濾波電路

大多數開關電源輸出都是直流電壓,因此,一般開關電源的輸出電路都帶有整流濾波電路。圖1-2是帶有整流濾波功能的串聯式開關電源工作原理圖。

圖1-2是在圖1-1-a電路的基礎上,增加了乙個整流二極體和乙個lc濾波電路。其中l是儲能濾波電感,它的作用是在控制開關k接通期間ton限制大電流通過,防止輸入電壓ui直接加到負載r上,對負載r進行電壓衝擊,同時對流過電感的電流il轉化成磁能進行能量儲存,然後在控制開關k關斷期間toff把磁能轉化成電流il繼續向負載r提供能量輸出;c是儲能濾波電容,它的作用是在控制開關k接通期間ton把流過儲能電感l的部分電流轉化成電荷進行儲存,然後在控制開關k關斷期間toff把電荷轉化成電流繼續向負載r提供能量輸出;d是整流二極體,主要功能是續流作用,故稱它為續流二極體,其作用是在控制開關關斷期間toff,給儲能濾波電感l釋放能量提供電流通路。

在控制開關關斷期間toff,儲能電感l將產生反電動勢,流過儲能電感l的電流il由反電動勢el的正極流出,通過負載r,再經過續流二極體d的正極,然後從續流二極體d的負極流出,最後回到反電動勢el的負極。

對於圖1-2,如果不看控制開關k和輸入電壓ui,它是乙個典型的反型濾波電路,它的作用是把脈動直流電壓通過平滑濾波輸出其平均值。

圖1-3、圖1-4、圖1-5分別是控制開關k的占空比d等於0.5、< 0.5、> 0.

5時,圖1-2電路中幾個關鍵點的電壓和電流波形。圖1-3-a)、圖1-4-a)、圖1-5-a)分別為控制開關k輸出電壓uo的波形;圖1-3-b)、圖1-4-b)、圖1-5-b)分別為儲能濾波電容兩端電壓uc的波形;圖1-3-c)、圖1-4-c)、圖1-5-c)分別為流過儲能電感l電流il的波形。

在ton期間,控制開關k接通,輸入電壓ui通過控制開關k輸出電壓uo,然後加到儲能濾波電感l和儲能濾波電容c組成的濾波電路上,在此期間儲能濾波電感l兩端的電壓el為:

式中:ui輸入電壓,uo為直流輸出電壓,即:電容兩端的電壓uc的平均值。

在此順便說明:由於電容兩端的電壓變化量δu相對於輸出電壓uo來說非常小,為了簡單,我們這裡把uo當成常量來處理。在某種情況下,如需要對電容的初次充、放電過程進行分析時,必須需要建立微分方程,並求解。

因為輸出電壓uo的建立需要一定的時間,精確計算得出的結果中一般都含有指數函式項,當令時間變數等於無窮大時,即電路進入穩態時,再對相關參量取平均值,其結果就基本與(1-4)相等。

對(1-4)式進行積分得:

式中i(0)為控制開關k轉換瞬間(t = 0時刻),即:控制開關k剛接通瞬間流過電感l的電流,或稱流過電感l的初始電流。

當控制開關k由接通期間ton突然轉換到關斷期間toff的瞬間,流過電感l的電流il達到最大值:

在toff期間,控制開關k關斷,儲能電感l把磁能轉化成電流il,通過整流二極體d繼續向負載r提供能量,在此期間儲能濾波電感l兩端的電壓el為:

式中–uo前的負號,表示k關斷期間電感產生電動勢的方向與k接通期間電感產生電動勢的方向正好相反。對(1-7)式進行積分得:

式中i(ton+)為控制開關k從ton轉換到toff的瞬間之前流過電感的電流,i(ton+)也可以寫為i(toff-),即:控制開關k關斷或接通瞬間,之前和之後流過電感l的電流相等。實際上(1-8)式中的i(ton+)就是(1-6)式中的ilm,即:

因此,(1-9)式可以改寫為:

當t = toff時il達到最小值。其最小值為:

上面計算都是假設輸出電壓uo基本不變的情況得到的結果,在實際應用電路中也正好是這樣,輸出電壓uo的電壓紋波非常小,只有輸出電壓的百分之幾,工程計算中完全可以忽略不計。

從(1-4)式到(1-11)和圖1-3、圖1-4、圖1-5中可以看出:

當開關電源工作於臨界連續電流或連續電流狀態時,在k接通和關斷的整個週期內,儲能電感l都有電流流出,但在k接通期間與k關斷期間,流過儲能電感l的電流的上公升率(絕對值)一般是不一樣的。在k接通期間,流過儲能電感l的電流上公升率為: ;在k關斷期間,流過儲能電感l的電流上公升率為:

。因此:

(1)當ui = 2uo時,即濾波輸出電壓uo等於電源輸入電壓ui的一半時,或控制開關k的占空比d為二分之一時,流過儲能電感l的電流上公升率,在k接通期間與k關斷期間絕對值完全相等,即電感儲存能量的速度與釋放能量的速度完全相等。此時,(1-5)式中i(0)和(1-11)式中ilx均等於0。在這種情況下,流過儲能電感l的電流il為臨界連續電流,且濾波輸出電壓uo等於濾波輸入電壓uo的平均值ua。

參看圖1-3。

(2)當ui > 2uo時,即:濾波輸出電壓uo小於電源輸入電壓ui的一半時,或控制開關k的占空比小於二分之一時:雖然在k接通期間,流過儲能電感l的電流上公升率(絕對值),大於,在k關斷期間,流過儲能電感l的電流上公升率(絕對值);但由於(1-5)式中i(0)等於0,以及ton小於toff,此時,(1-11)式中的ilx會出現負值,即輸出電壓反過來要對電感充電,但由於整流二極體d的存在,這是不可能的,這表示流過儲能電感l的電流提前過0,即有斷流。

在這種情況下,流過儲能電感l的電流il不是連續電流,開關電源工作於電流不連續狀態,因此,輸出電壓uo的紋波比較大,且濾波輸出電壓uo小於濾波輸入電壓uo的平均值ua。參看圖1-4。

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