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開關(guān)模式電源拓?fù)浣忉?/h3>
開關(guān)模式電源拓?fù)浣忉?span>
電源的作用對電子電路至關(guān)重要，因?yàn)槿绻麤]有足夠的電源，電路就無法以最佳狀態(tài)運(yùn)行。另一方面，過大的電源會因熱效應(yīng)而使電路元件劣化。電源拓?fù)渫ǔＳ袃煞N選擇；線性電源和開關(guān)電源 (SMPS)。
線性電源傳統(tǒng)上是一種舊拓?fù)洌虼怂嬖谟谂f電子元件的設(shè)計(jì)和架構(gòu)中。但是，對于當(dāng)前的電路設(shè)計(jì)，新的開關(guān)電源拓?fù)鋬?yōu)于線性電源，因?yàn)樗哂懈叩男屎途o湊的尺寸。然而，SMPS元件較多，設(shè)計(jì)復(fù)雜，其優(yōu)勢仍大于線性電源。
此外，SMPS 的成本最初很高
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由于開關(guān)電源包含大量組件，因此需要不同的階段。每個(gè)階段都考慮到最佳性能所需的所有因素。示例：如果輸入電源是 AC，則輸入級提供整流器和低通濾波器，用于 AC 到 DC 的轉(zhuǎn)換。通過同時(shí)打開和關(guān)閉直流電壓，還有一個(gè)逆變器級可用于直流到交流的轉(zhuǎn)換。開關(guān)速率決定了交流輸出的頻率。
線性模式與 SMPS 的比較
從上圖可以清楚地看出，在考慮設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，SMPS 優(yōu)于線性模式電源。此外，緊湊的尺寸和效率也有利于前面章節(jié)中討論的 SMPS。雖然 SMPS 勝過線性模式，但選擇不同拓?fù)涞?span> SMPS 也是一個(gè)艱難的選擇。有多種 SMPS 拓?fù)洌?span>
通常，對于單相用例，降壓拓?fù)湫枰獑蝹€(gè)電感器。但在穩(wěn)健應(yīng)用的情況下，需要目錄電感器。由于該拓?fù)鋷в写?lián)電感器和并聯(lián)電容器，因此非常適合 DC 到 DC 轉(zhuǎn)換。雖然降壓轉(zhuǎn)換器通過多相拓?fù)涮峁└咝屎凸β仕?，但對于需要隔離的用例來說，它不是一個(gè)合適的選擇。
降壓轉(zhuǎn)換器的主要缺點(diǎn)之一是輸入電流總是不連續(xù)的，這會導(dǎo)致更大的 EMI。但是，可以通過片式磁珠、共模扼流圈和濾波器扼流圈等濾波器元件來解決。此外，還可以為特定情況和需要額外線圈來感測和供電的應(yīng)用構(gòu)建定制電感器。
促進(jìn)
升壓拓?fù)涫欠歉綦x用例的首選。由于開關(guān)相對于輸入電壓處于分流位置，因此有助于提高電壓。該拓?fù)溥€根據(jù)功能要求為升壓電路中的電感器提供了廣泛的目錄選項(xiàng)。此外，使用定制電感器的規(guī)定有助于為各種應(yīng)用動態(tài)設(shè)計(jì)電路。
單位值的功率因數(shù)變化降低了電路的效率。因此，功率因數(shù)校正電路需要使該值接近于 1。升壓拓?fù)湓趯?dǎo)通模式下工作時(shí)會汲取持續(xù)電流，從而在發(fā)生顯著變化時(shí)提高功率因數(shù)。
降壓-升壓
顧名思義，降壓-升壓拓?fù)涫菃为?dú)的降壓和升壓拓?fù)涞慕M合。因此，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于升壓和降壓應(yīng)用。由于電感與主電路的連接隨開關(guān)位置的不同而變化，因此驅(qū)動電路的流程有點(diǎn)復(fù)雜。
這種拓?fù)涮貏e適用于電池應(yīng)用，因?yàn)檩斎腚妷簳S時(shí)間變化，但它具有輸出電壓反相的缺點(diǎn)。
SEPIC/?uk
SEPIC 和 ?uk 拓?fù)涠祭秒娙萜饕约半娐分械膬蓚€(gè)電感器來存儲能量。“這兩個(gè)電感器可以是單獨(dú)的電感器，也可以是耦合電感器形式的單個(gè)組件。” 升壓或降壓特性使其適用于電池應(yīng)用。
由于其同相輸出，SEPIC 拓?fù)鋬?yōu)于 ?uk 和降壓-升壓拓?fù)?。兩種拓?fù)渲械碾娙萜鞫继峁┯邢薜母綦x，因此它解決了隔離問題。
反激式拓?fù)溆梢粋€(gè)變壓器組成，該變壓器充當(dāng)用于提供隔離的存儲電感器。變壓器還通過調(diào)整匝數(shù)比打開了可變電壓選項(xiàng)。此外，變壓器的使用為多個(gè)輸出創(chuàng)造了可能性。
反激拓?fù)涫堑凸膽?yīng)用中最簡單和最常見的隔離拓?fù)?。此外，反激變壓器避免了對單?dú)電感器的需求，因此它是一種具有成本效益的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
向前
前向拓?fù)鋷в幸粋€(gè)變壓器以及變壓器輸出側(cè)的擴(kuò)展降壓電路。因此，它也被稱為變壓器隔離降壓轉(zhuǎn)換器。由于非脈動輸出電流，正向電路對于高電流供應(yīng)是靈活的。因此，它是具有 15A 過大電流規(guī)格的應(yīng)用的不錯(cuò)選擇。
“與反激拓?fù)湟粯樱蜣D(zhuǎn)換器專門用于低功率應(yīng)用。雖然效率與反激式相當(dāng)，但它的缺點(diǎn)是在輸出上有一個(gè)額外的電感器，不太適合高電壓輸出。”
推拉
從電路上看，推挽拓?fù)鋷в姓蛲負(fù)潆娐返碾p初級繞組，以構(gòu)建雙驅(qū)動繞組。因此，它提高了效率，因?yàn)榕c任何反激式或正向轉(zhuǎn)換器相比，變壓器磁芯的利用率是最佳的。推挽式轉(zhuǎn)換器還提供了在高功率要求期間按比例放大的規(guī)定。
由于一次使用50%的銅，因此導(dǎo)致銅損值增加。對于相同的功率水平，推挽電路具有相對于正向轉(zhuǎn)換器的緊湊型濾波器。此外，開關(guān)功能至關(guān)重要，因?yàn)槿绻麅蓚€(gè)開關(guān)同時(shí)打開。然后它會在變壓器中引起相等和相反的通量，從而降低電路的阻抗。阻抗值的這種突然下降使電流值呈指數(shù)上升。因此，存在損壞電路的潛在機(jī)會。
半橋
半橋拓?fù)溥€具有擴(kuò)展到更高功率水平的功能，如推挽拓?fù)?。因此，如果開關(guān)同時(shí)打開，它也存在電流突然上升的相同問題。“為了控制這一點(diǎn)，每個(gè)開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間之間需要有一個(gè)死區(qū)時(shí)間。這將占空比限制為大約 45%。有利的是，半橋拓?fù)溟_關(guān)應(yīng)力等于輸入電壓。這使其更適合 250VAC 和 PFC 應(yīng)用。”
共振有限責(zé)任公司
諧振LLC電路的設(shè)計(jì)類似于半橋拓?fù)?，它進(jìn)一步利用諧振的概念來抵消超前和滯后效應(yīng)。即使電路處于空載模式，由于零電壓開關(guān)，這也降低了開關(guān)損耗。
這種拓?fù)浞浅＿m合待機(jī)模式電源，因?yàn)橹C振回路需要持續(xù)供電。諧振 LLC 優(yōu)于推挽拓?fù)浜桶霕蛲負(fù)?，因?yàn)樗m用于廣泛的輸入電壓范圍。諧振 LLC 拓?fù)涞奈ㄒ蝗秉c(diǎn)是其“復(fù)雜性和成本”。