开关电源用于将输入电压转换为设备内部元件所需的值。另一个广泛使用的开关电源名称是逆变器。
什么是开关电源？
逆变器是二次电源，它使用输入交流电压的双重转换。通过改变脉冲的持续时间（宽度）以及在某些情况下的重复频率来调整输出值。这种类型的调制称为脉冲宽度调制。
开关电源的工作原理
逆变器的基本原理是对初级电压进行整流，然后将其转换成一串高频脉冲。这是它与传统变压器的区别。该单元的输出电压用于形成负反馈信号，从而可以调节脉冲参数。通过控制脉冲宽度，很容易安排输出参数、电压或电流的稳定和调节。也就是说，它既可以是电压调节器，也可以是电流调节器。
输出值的数量和极性可能有很大不同，具体取决于开关电源的工作方式。
各种电源
几种类型的逆变器已被使用，它们在电路设计上有所不同：
- 无变压器；
- 变压器。
第一个区别在于脉冲序列直接进入设备的输出整流器和平滑滤波器。这样的电路具有最少的元件。一个简单的反相器包括一个专门的集成电路——一个脉宽振荡器。
无变压器设备的主要缺点是它们与电源网络没有电流隔离，可能会造成触电风险。它们通常还具有低功率并且仅提供 1 个输出电压值。
更常见的是变压器设备，其中高频脉冲序列进入变压器的初级绕组。可以有任意数量的次级绕组，从而形成多个输出电压。每个次级绕组都装有自己的整流器和平滑滤波器。
任何一台计算机的强大开关电源都是按照这样的电路构建的，具有很高的可靠性和安全性。对于此处的反馈信号，使用 5 或 12 伏的电压，因为这些值需要最准确的稳定性。
使用变压器进行高频电压转换（几十千赫而不是 50 赫兹）可以使它们的尺寸和重量成倍减小，并使用具有高矫顽力的铁磁材料作为芯材（磁线）代替电铁。
DC-DC 转换器也基于脉宽调制。如果不使用逆变器电路，转换会带来很大的困难。
电源原理图
最常见的脉冲转换器配置的电路包括：
- 电源噪声滤波器；
- 整流器
- 平滑滤波器；
- 脉宽转换器；
- 关键晶体管；
- 高频输出变压器；
- 输出整流器；
- 个人和组输出过滤器。
干扰抑制滤波器的目的是将来自设备运行的干扰捕获到供电网络中。强大的半导体元件的切换可能伴随着在宽频谱中产生短期脉冲。因此这里有必要使用专门设计的元件作为滤波链路的直通电容器。
整流器用于将输入交流电压转换为直流，下游平滑滤波器消除整流电压中的纹波。
使用直流转换器时，不需要整流器和滤波器，输入信号经过噪声滤波电路后，直接馈入脉宽转换器（调制器），简称PWM。
PWM是开关电源电路中最复杂的部分。其任务包括：
- 产生高频脉冲；
- 根据反馈信号控制单元输出参数和脉冲串校正；
- 监控和过载保护。
PWM 信号被馈送到桥式或半桥式电路中的电源键晶体管的控制引脚。晶体管的电源引线加载到高频输出变压器的初级绕组中。传统的双极晶体管被 IGBT 或 MOSFET 晶体管取代，具有低结压降和高速性能。晶体管参数的改进有助于降低功耗，同时保持相同的尺寸和技术设计参数。
输出脉冲变压器采用与经典变压器相同的转换原理。例外是增加频率的操作。因此，具有相同发射功率的高频变压器具有更小的尺寸。
来自电源变压器次级绕组的电压（可以有多个）进入输出整流器。与输入整流器不同，次级电路的整流二极管必须具有更高的工作频率。肖特基二极管在这部分电路中工作得最好。与传统二极管相比，它们的优点是：
- 工作频率高；
- p-n结电容较低；
- 低压降。
开关模式电源的输出滤波器的目的是将整流输出电压的纹波降低到必要的最小值。由于纹波频率远高于线路电压，因此线圈中不需要高电容和电感。
开关电源的适用范围
大多数情况下使用脉冲电压转换器代替带有半导体稳压器的传统变压器。在相同功率的情况下，逆变器的特点是整体尺寸和重量更小、可靠性高，最重要的是——更高的效率和在宽输入电压范围内工作的能力。并且在尺寸相当的情况下，逆变器的最大功率要高出数倍。
在直流电压转换等领域，脉冲源几乎别无选择，不仅可以降低电压，还可以产生更高的电压，组织极性反转。高转换频率极大地方便了输出参数的滤波和稳定。
专用集成电路上的小型逆变器被用作各种小工具的充电器，其可靠性使得充电单元的使用寿命可以超过移动设备的使用寿命数倍。
用于开启 LED 光源的 12 伏电源驱动器也基于脉冲电路。
如何用自己的双手制作开关电源
逆变器，尤其是功能强大的逆变器，具有复杂的电路，仅供有经验的无线电爱好者使用。我们可以推荐简单的低功率电路，带有专门的 PWM 控制器芯片，用于主电源的自组装。此类 IC 的管道元件数量较少，并且具有经过良好测试的典型开关电路，实际上不需要调整和调谐。
在使用自制设计或维修工业设备时，请记住部分电路将始终处于网络的潜力之下，因此必须遵守安全预防措施。
相关文章：
