趣谈反转式开关电源电路原理图

如果说降压式电源是“把大份饭分成小份餐的厨师”,升压式电源是“把零钱换成整钱的兑换机”,那反转式开关电源就是“既能升能降,还能把正的变成负的”的“变形大师”。这张电路图,就是这位“变形大师”的工作间,今天我们就用打工的视角,聊聊它是怎么实现电压的升降与反转的。

先介绍一下这个工作间里的核心成员:VT1是“闸门管理员”,由基极的脉冲信号指挥,控制着能量的进出;电感L是“能量仓库”,在闸门打开时囤货,闸门关闭时出货;二极管VD1是“单向通道”,保证能量只能从仓库流向客户,不能倒流;电容C是“备用充电宝”,在闸门打开时给客户供电,闸门关闭时补充能量;RL就是等着吃饭的“客户”,不仅要吃饭,还对饭的“正负”有特殊要求。

工作的过程分为两个阶段,就像“囤货期”和“出货期”。第一阶段是闸门打开(开关导通):当VT1收到“开门”信号时,闸门打开,输入电压Ui直接加在电感L这个“仓库”上,电流流过电感,能量以磁场的形式被存进仓库里。此时,二极管VD1这个“单向通道”被反向偏置,处于关闭状态,客户RL拿不到新的能量,只能靠“备用充电宝”C里之前存的电荷维持供电。这段时间里,仓库的存货越来越多,为后续的出货做好准备。

第二阶段是闸门关闭(开关截止):当VT1收到“关门”信号时,闸门关闭,输入被切断。此时,仓库里的能量不能消失,电感L会产生一个反向的“推力”,把自己存的能量推出去。这个推力会让“单向通道”VD1打开,能量从仓库里流出来,一边给客户RL供电,一边给“备用充电宝”C充电。最神奇的是,此时给客户的能量极性和输入的极性完全相反,实现了电压的反转,就像把正的变成了负的。

这位“变形大师”的厉害之处,在于它能根据客户的需求调整“出货量”:闸门打开的时间越长,仓库里存的能量就越多,给客户的能量就越多,输出电压的幅值就越高;闸门打开的时间越短,输出电压的幅值就越低。因此,它既能把输入电压“变小”,也能把输入电压“变大”,还能把极性反过来,简直是电源界的“全能选手”。

不过,这位“变形大师”也有自己的小缺点:因为要先囤货再出货,效率不如单纯的厨师或兑换机高,而且给客户的能量纹波也比较大,就像给客户的饭偶尔会有小波动。但在需要负电压或者输入电压忽高忽低的场景中,它依然是无可替代的选择,这也是它能在电源界一直活跃的原因。