開關電源的電源設計解析

正在尋找可以將功率從AC或DC轉換為一個或多個DC級別的電源？那么您需要一個開關模式電源。以下是其工作原理。

通常稱為“轉換開關”，這些設備每秒數次打開和封閉其電源。這種開關操作萌生一個有效的輸入頻率，并且通常達到兆赫范圍。

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什么是“開關模式”？

開關電源中的“開關”其實是一個半導體（一個要么封閉要么打開的MOSFET），該半導體被驅動進入飽和范圍，在幾乎零電阻下轉換功率。它每秒做幾千次這種轉換，萌生高頻AC介質。由于該半導體已被驅動進入飽和，所以它幾乎沒有任何阻力，實現了高效率和極少的熱量生成。另一方面，還有一種線性電源，它之所以得名，是因為其整流器在線性范圍內工作。這意味著，當它們傳導功率時，要抵抗電阻傳導，過程中必不可少伴隨有功率浪費和熱量萌生。

無論該半導體在什么頻率下開關，兩次“開”脈沖開始間隔的時間都被定義為開關周期。“開”時間占開關周期的一小部分，稱為工作周期。通過改變工作周期，可以控制輸出電壓。改變“thefly”上的工作周期可保持目標電壓。

開關電源解析與優勢以及電源設計

開關電源(SMPS)是什么優勢？

高效率–萌生熱量很少。低功耗元器件通常不需要隔熱罩，這意味著可以筆直將它們安裝在PCB上。

緊湊外形–由于轉換開關在較高的頻率下工作，所以其與濾波電容器和電感器相關的值和大小將減小，整個元器件將占用更少的空間。

多功能設計–依據使用的要求，可以將轉換開關設計為升壓(Boost)或降壓(Buck)。

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開關模式電源設計

術語

通常用全磚、半磚和四分之一磚這種術語來描述轉換開關。全磚的尺寸為4.6x2.4x0.5，半磚為2.3x2.4x0.35，四分之一磚為2.3x1.45x0.35，均以英寸為單位。這些定義雖然被廣泛接受，但未得到一致遵守。規范還包括引腳。所以當使用符合標準的轉換開關時，如果設計人員需要或選擇替換產品，就很容易做到。更新型號的四分之一磚電源可以提供250瓦特和更高的電功率。相比之前功率需要的空間量，這可謂一大進步，騰出的空間可用來在產品設計中包括更多的功能。

構建

描述轉換開關物理學的方程式看似簡單。解決安培（跟大多數電氣工程師通常解決微安時相反）的實際情況會導致延遲，增加費用，甚至產品徹底出現故障。所以，轉換開關設計最好還是留給電源專家去做，即，這種情況下買總比自己去構建要強。

工程師在設計開關電源時有兩個主要選擇。第一個是單一電源，為需要供電的系統生成所需的所有電壓。第二個涉及到一個與外部AC連接的元器件，但惟有一個DC輸出，通常為12、24或48伏。在此情形下，主電源萌生的電壓最高，即是需要的電壓。如果系統中某處需要一個較低的電壓，則可利用buck轉換器來完成所需的DC到DC向下轉換。

buck轉換器極其高效，功率損失惟有5%，甚至更低。它們有時也被描述為開關穩壓器。buck轉換器在某種意義上類似所有轉換開關，其中心是一個半導體開關，每秒數千次或更多次地開關源電壓。

由于其設計上的優點，開關電源已迅速成為除最嚴格技術性使用之外所有使用的標準。設計工作一直在向更高效、小型、輕量的方向不斷邁進。

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