開關(guān)電源已在業(yè)界證明了其價值，成為當(dāng)今使用的電源設(shè)備的支柱之一。事實上，這種電源被認(rèn)為比傳統(tǒng)的線性電源效率更高。
    本文檔重點(diǎn)介紹開關(guān)電源。它介紹了開關(guān)電源的類型、用途、功能以及與其他電源相比的優(yōu)點(diǎn)。它還討論了如何以最大效率和效果處理和使用所述電源的一些技術(shù)。
    電源開關(guān)是實用開關(guān)穩(wěn)壓器的關(guān)鍵。在垂直金屬氧化物半導(dǎo)體 (VMOS) 電源開關(guān)發(fā)明之前，開關(guān)電源通常不實用。電感器的主要功能是限制通過功率開關(guān)的電流轉(zhuǎn)換速率。此操作限制了僅受開關(guān)電阻限制的高峰值電流。在開關(guān)穩(wěn)壓器中使用電感器的主要優(yōu)點(diǎn)是電感器可以存儲能量。
    線性穩(wěn)壓器使用電阻壓降來調(diào)節(jié)電壓，以熱量的形式損失功率（壓降乘以電流）。開關(guān)穩(wěn)壓器的電感器確實存在壓降和相關(guān)電流，但電流與電壓存在 90 度的異相。因此，能量被存儲并可以在開關(guān)周期的放電階段恢復(fù)。這會帶來更高的效率和更少的熱量。
    什么是開關(guān)穩(wěn)壓器？
    開關(guān)穩(wěn)壓器是一種使用電源開關(guān)、電感器和二極管將能量從輸入傳輸?shù)捷敵龅碾娐贰ｉ_關(guān)電路的基本組件可以重新排列以形成降壓（降壓）轉(zhuǎn)換器、升壓（升壓）轉(zhuǎn)換器或逆變器（反激式）。

       

   反饋和控制電路可以仔細(xì)地嵌套在這些電路周圍，以調(diào)節(jié)能量傳輸并在正常工作條件下保持恒定的輸出。

    控制技術(shù)
    從升壓、降壓和逆變器（反激式）的推導(dǎo)中可以看出，改變占空比可控制相對于輸入電壓的穩(wěn)態(tài)輸出。這是管理所有基于電感器的開關(guān)電路的關(guān)鍵概念。
    最常見的控制方法是脈沖寬度調(diào)制 (PWM)，如圖 2 所示。該方法對輸出電壓進(jìn)行采樣，然后從參考電壓中減去該樣本，以建立一個小誤差信號 (VERROR)。該誤差信號與振蕩器斜坡信號進(jìn)行比較。比較器輸出用于操作電源開關(guān)的數(shù)字輸出 (PWM)。當(dāng)電路輸出電壓變化時，VERROR也會變化，從而導(dǎo)致比較器閾值變化。因此，輸出脈沖寬度 (PWM) 也會發(fā)生變化。然后，占空比的變化會改變輸出電壓，將誤差信號減小至零，從而完成控制環(huán)路。

      

   圖3所示為采用MAX1932構(gòu)成的升壓拓?fù)涞膶嶋H電路。該 IC 是一款集成控制器，帶有板載可編程數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)。DAC 通過串行鏈路以數(shù)字方式設(shè)置輸出電壓。R5 和 R8 形成一個分壓器，用于測量輸出電壓。當(dāng) DAC 電壓與參考電壓 (1.25V) 相同時，R6 實際上處于斷路狀態(tài)。這是因為 R6 上的電壓為零，因此電流也為零。當(dāng) DAC 輸出為零（接地）時，R6 實際上與 R8 并聯(lián)。這兩個條件分別對應(yīng)最小和最大輸出調(diào)節(jié)范圍40V和90V。

     

    接下來，從內(nèi)部 1.25V 參考電壓中減去分頻器信號，然后進(jìn)行放大。然后該誤差信號作為電流源在引腳 8 上輸出。這與差分輸入對一起形成跨導(dǎo)放大器。使用這種布置是因為誤差放大器的輸出為高阻抗（電流源），允許通過改變 R7 和 C4 來調(diào)整電路的增益。

    效率    開關(guān)器最大的功率損耗因素之一是整流二極管。功耗就是正向壓降乘以通過它的電流。硅二極管的反向恢復(fù)也會產(chǎn)生損耗。這些功率損耗降低了整體效率，需要采用散熱器或風(fēng)扇的形式進(jìn)行熱管理。為了最大限度地減少這種損失，開關(guān)穩(wěn)壓器可以使用具有相對較低的正向壓降和良好的反向恢復(fù)的肖特基二極管。然而，為了獲得最大效率，您可以使用 MOSFET 開關(guān)代替二極管。這種設(shè)計被稱為“同步整流器”。

      

 當(dāng)主開關(guān)閉合時，同步整流開關(guān)斷開，反之亦然。為了防止交叉?zhèn)鲗?dǎo)（頂部和底部開關(guān)同時打開），開關(guān)方案必須是先斷后合。因此，在主開關(guān)打開和同步整流開關(guān)閉合之間的時間間隔（死區(qū)時間）仍然需要二極管導(dǎo)通。當(dāng) MOSFET 用作同步開關(guān)時，電流通常反向流動（源極到漏極），這允許集成體二極管在死區(qū)時間內(nèi)傳導(dǎo)電流。當(dāng)同步整流器開關(guān)閉合時，電流流過 MOSFET 通道。由于功率 MOSFET 的溝道電阻非常低，整流二極管的標(biāo)準(zhǔn)正向壓降可降至幾毫伏。

    結(jié)論
    開關(guān)電源具有眾多優(yōu)點(diǎn)，使其成為各種應(yīng)用的明智選擇。按照本教程中介紹的技術(shù)，用戶可以充分利用該電源來為其設(shè)計供電。