開關(guān)穩(wěn)壓器集成在稱為開關(guān)模式電源(SMPS) 的電子電源中，SMPS 有時(shí)也稱為切換器、開關(guān)電源、開關(guān)模式電源或簡(jiǎn)稱為切換器。這種類型的電源可以有效地轉(zhuǎn)換電能。與其他類型的電源一樣，SMPS 在將能量從交流或直流電源（通常是主電源，例如交流適配器）傳輸?shù)街绷髫?fù)載（例如個(gè)人計(jì)算機(jī)）時(shí)會(huì)改變電流和電壓的特性。由于開關(guān)模式電源的變壓器尺寸較小，因此通常比線性電源輕得多、更緊湊。之所以能實(shí)現(xiàn)這種減小，是因?yàn)樗鼈円愿唛_關(guān)頻率工作，范圍從幾 kHz 到幾 MHz，而不是主電源的 50-60 Hz 頻率。然而，盡管變壓器尺寸減小，但由于需要抑制電磁干擾 (EMI) 和復(fù)雜的電源架構(gòu)，SMPS 中的總元件數(shù)量和電路復(fù)雜性通常更高。

在本文中，我們將探討 SMPS 的工作原理。我們將從 SMPS 的定義開始，然后介紹其工作原理，然后深入研究其不同類型，最后總結(jié)其優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和一些常見問題。

目錄

什么是 SMPS？

SMPS的工作原理

SMPS 的類型

優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

SMPS 的應(yīng)用

SMPS 常見問題解答

什么是 SMPS？

那么什么是開關(guān)電源（SMPS）？

開關(guān)電源 (SMPS) 是一種電子電源，它集成了開關(guān)調(diào)節(jié)器以實(shí)現(xiàn)高效的電源轉(zhuǎn)換。與其他電源一樣，SMPS 在將交流或直流電源的電能供應(yīng)給直流負(fù)載時(shí)會(huì)改變電壓和電流特性。與傳統(tǒng)線性電源相比，SMPS 使用高頻開關(guān)可以減小尺寸和重量，使其適用于現(xiàn)代緊湊型電子設(shè)備。

SMPS的工作原理

SMPS中的開關(guān)調(diào)節(jié)器通過交替打開和關(guān)閉負(fù)載電流來(lái)維持和調(diào)節(jié)輸出電壓。系統(tǒng)的適當(dāng)輸出功率由這些開啟和關(guān)閉周期的平均值決定。與線性電源不同，SMPS 使晶體管處于開啟或關(guān)閉狀態(tài)，從而限度地降低功耗并實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行。

SMPS 工作的關(guān)鍵階段

整流濾波

輸入的交流電首先經(jīng)過整流器和濾波器處理，轉(zhuǎn)換為直流電。這為后續(xù)階段奠定了基礎(chǔ)。

高頻開關(guān)

然后，直流電被饋入高頻開關(guān)，產(chǎn)生脈動(dòng)直流信號(hào)。這種高頻操作使得可以使用較小的變壓器。

電壓變換

高頻脈動(dòng)直流信號(hào)通過變壓器，將電壓降低至所需水平。

輸出整流和濾波

降壓信號(hào)經(jīng)過整流和濾波，產(chǎn)生適合負(fù)載的穩(wěn)定、恒定的直流輸出。

反饋控制

控制電路監(jiān)控輸出電壓并動(dòng)態(tài)調(diào)整高頻開關(guān)以確保電壓保持穩(wěn)定。

SMPS 的類型

1. AC-DC 轉(zhuǎn)換器 SMPS

這種類型的 SMPS 接收交流輸入并輸出直流電壓。交流電首先經(jīng)過整流和濾波，變成直流信號(hào)，然后進(jìn)行功率因數(shù)校正。該直流信號(hào)通過開關(guān)電路調(diào)制，以提供所需的輸出。

2. DC-DC 轉(zhuǎn)換器 SMPS

這種類型的輸入來(lái)自直流電源，通常是高壓直流信號(hào)。輸入頻率降低，電壓通過變壓器降壓，然后整流和濾波。振蕩器和占空比控制確保穩(wěn)定高效的功率輸出。

3. 反激式轉(zhuǎn)換器

反激式轉(zhuǎn)換器專為低功率應(yīng)用而設(shè)計(jì)，通常低于 100W。它們利用 MOSFET 開關(guān)并以高頻率（約 100 kHz）運(yùn)行，將未穩(wěn)壓的直流輸入轉(zhuǎn)換為所需的輸出。這些轉(zhuǎn)換器使用帶有耦合電感器的專用變壓器進(jìn)行電壓隔離和調(diào)節(jié)。

4. 正向轉(zhuǎn)換器

正向轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)與反激式轉(zhuǎn)換器類似，但用于更高功率的應(yīng)用。它們包含更復(fù)雜的濾波和校正電路。這些轉(zhuǎn)換器也稱為 DC-DC 降壓轉(zhuǎn)換器，用于隔離和縮放應(yīng)用。

SMPS 的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

緊湊輕便：高頻操作允許更小的變壓器尺寸。

高效率：由于功率損耗低，減少了熱量的散發(fā)。

輸出范圍寬：可滿足各種負(fù)載要求。

改進(jìn)的干擾處理：增強(qiáng)對(duì)電磁干擾的抑制。

缺點(diǎn)

復(fù)雜的設(shè)計(jì)：電路非常復(fù)雜，需要的工程技術(shù)。

輸出紋波：與線性電源相比，輸出電壓紋波更高。

有限的升壓能力：主要適合降壓調(diào)節(jié)。

控制挑戰(zhàn)：調(diào)節(jié)精度更難實(shí)現(xiàn)。

SMPS 的應(yīng)用

SMPS 廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，包括

消費(fèi)電子產(chǎn)品：個(gè)人電腦、電視和移動(dòng)充電器。

工業(yè)自動(dòng)化：機(jī)械和控制系統(tǒng)的電源。

交通運(yùn)輸：車輛、鐵路和航空的動(dòng)力系統(tǒng)。

能源基礎(chǔ)設(shè)施：發(fā)電廠和變電站。

家用電器：用于冰箱、烤箱、空調(diào)等。

此外，SMPS 對(duì)于醫(yī)療設(shè)備、數(shù)據(jù)中心和通信基礎(chǔ)設(shè)施至關(guān)重要，因?yàn)樾屎途o湊性至關(guān)重要。

SMPS 常見問題解答

為什么要使用 SMPS？

開關(guān)模式電源(SMPS) 為住宅和工業(yè)環(huán)境中的低壓設(shè)備供電提供了一種緊湊、高效且經(jīng)濟(jì)的解決方案。

SMPS 使用哪些組件？

SMPS通常由整流器、高頻開關(guān)（例如MOSFET）、變壓器和反饋控制電路組成。

SMPS 如何將交流電轉(zhuǎn)換為直流電？

交流電先整流為直流電，然后調(diào)制為高頻脈沖，再經(jīng)過變換、再次整流、濾波，得到穩(wěn)定的直流輸出。

通過了解SMPS的工作原理，類型和應(yīng)用，我們可以清楚地知道SMPS是什么，并了解更多相關(guān)信息。如果您還有其他問題或需要幫助，請(qǐng)隨時(shí)聯(lián)系我們（NVVV）！