電源轉(zhuǎn)換器被期望具有高效率、成本效益、緊湊性和可靠性。此外，盡管輸入電壓在廣泛范圍內(nèi)變化，其輸出電壓波動(dòng)的容忍度應(yīng)非常低。這是因?yàn)殡娫崔D(zhuǎn)換器應(yīng)用范圍廣泛，包括從筆記本電腦到航天控制系統(tǒng)、從電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)到電信行業(yè)等各種規(guī)模的電源供給。

基本的概念仍然是產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓。那么，哪些轉(zhuǎn)換技術(shù)使得這一行為成為可能呢?

轉(zhuǎn)換電路概述

在轉(zhuǎn)換電路中，開(kāi)關(guān)控制著電力從輸入側(cè)向輸出側(cè)的動(dòng)態(tài)傳輸。開(kāi)關(guān)處于完全導(dǎo)通或完全關(guān)閉狀態(tài)，兩者之間的過(guò)渡時(shí)間短暫。

作為開(kāi)關(guān)元件使用的半導(dǎo)體組件可以是：

·雙極結(jié)晶體管(BJT)

·金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)

·閘極關(guān)斷晶閘管(GTO)

·快恢復(fù)二極管

這些元件如圖1所示。

組件上的電壓波形通常呈周期性特征，以脈寬調(diào)制(PWM)方波、矩形波或其組合形式呈現(xiàn)。同樣，電流波形可以是三角形或梯形。

目前有大量的轉(zhuǎn)換電路能夠增加或減少輸入電壓的幅度，同時(shí)可能還會(huì)反轉(zhuǎn)其極性。

理想的直流-直流轉(zhuǎn)換器展現(xiàn)出100%的效率，但在實(shí)際應(yīng)用中，通常觀察到的效率在70%到95%之間。這可以通過(guò)采用開(kāi)關(guān)模式或切換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，這類(lèi)電路消耗的功率幾乎可以忽略不計(jì)。其工作原理基于根據(jù)需要進(jìn)行升壓或降壓。

其他變體通常以某種形式包含線圈，通常是升壓電路和降壓電路或其應(yīng)用電路的組合。然而，這些電路中潛在的轉(zhuǎn)換原理主要是共振概念和一些磁性特征。

DC-DC轉(zhuǎn)換技術(shù)

任何開(kāi)關(guān)直流-直流轉(zhuǎn)換器的操作基礎(chǔ)是電子轉(zhuǎn)換原理。一般來(lái)說(shuō)，電子轉(zhuǎn)換器的實(shí)際工作是通過(guò)開(kāi)關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。

開(kāi)關(guān)涉及將一種直流電壓轉(zhuǎn)換為另一種直流電壓——它可以高于或低于輸入電壓，這一過(guò)程是通過(guò)暫時(shí)儲(chǔ)存輸入能量，然后以受控的方式將這能量釋放到以不同電壓輸出的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)過(guò)程主要受兩個(gè)重要概念的支配：共振和磁性。

大多數(shù)電源轉(zhuǎn)換器都配備了電感和電容等被動(dòng)元件。這些被動(dòng)元件形成了一個(gè)諧振電路，該電路會(huì)根據(jù)共振原理調(diào)諧到特定頻率。一個(gè)示例諧振電路如圖2所示。

在諧振模式下的轉(zhuǎn)換器操作被定義為電路輸入和輸出之間阻抗達(dá)到最小點(diǎn)的狀態(tài)。

在正弦電壓或電流的零交叉附近進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，確保了由于降低能量損耗而提高的效率。這是通過(guò)將電容器和電感器等反應(yīng)元件放置接近開(kāi)關(guān)，以產(chǎn)生必要的正弦電壓或電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

在漏極到源極電壓幾乎可以忽略不計(jì)時(shí)進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作(即零電壓開(kāi)關(guān)，ZVS)，以及在開(kāi)關(guān)狀態(tài)之間過(guò)渡時(shí)流過(guò)開(kāi)關(guān)的電流幾乎為零(即零電流開(kāi)關(guān)，ZCS)，可以確保減少開(kāi)關(guān)損耗。這個(gè)原理也被稱(chēng)為軟開(kāi)關(guān)，它還有助于降低電磁干擾(EMI)。

磁性設(shè)計(jì)方面是轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，通常是不可分割的。因此，從早期設(shè)計(jì)階段——例如預(yù)期轉(zhuǎn)換器的建模開(kāi)始，就必須對(duì)相關(guān)的磁性元件進(jìn)行建模和設(shè)計(jì)。這一階段有助于理解所需的磁性元件及其在整合后的操作，并為開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的磁性設(shè)備設(shè)計(jì)提供了見(jiàn)解。

對(duì)轉(zhuǎn)換器至關(guān)重要的一個(gè)關(guān)鍵磁性元件是電感。電感的類(lèi)型(如單繞組、多繞組或耦合電感)根據(jù)轉(zhuǎn)換器的需求進(jìn)行選擇，并進(jìn)行設(shè)計(jì)。目標(biāo)是基于所需的磁性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)，以確保適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換器操作并實(shí)現(xiàn)卓越的性能。最小化總損耗是磁性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵目標(biāo)，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮如最小銅損等基本約束。

關(guān)鍵要點(diǎn)

· 理想的直流-直流轉(zhuǎn)換器展現(xiàn)出100%的效率，但在實(shí)際中，觀察到的效率在70%到95%之間。

· 任何開(kāi)關(guān)直流-直流轉(zhuǎn)換器的操作基礎(chǔ)是電子轉(zhuǎn)換原理。

· 涉及將一種直流電壓轉(zhuǎn)換為另一種直流電壓——它可以高于或低于輸入電壓，這一過(guò)程是通過(guò)暫時(shí)儲(chǔ)存輸入能量，然后以受控的方式將這能量釋放到以不同電壓輸出的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

浮思特科技深耕功率器件領(lǐng)域，為客戶提供IGBT、IPM模塊等功率器件以及單片機(jī)(MCU)、觸摸芯片，是一家擁有核心技術(shù)的電子元器件供應(yīng)商和解決方案商。