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1、开关模式电源（Switch Mode Power Supply，简称SMPS）,又称交换 式电源、开关变换器，是一种高频化电能转换装置，是电源供应器的一种。其 功能是将一个位准的电压，透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或 电流。开关电源的输入多半是交流电源（例如市电）或是直流电源，而输出多 半是需要直流电源的设备，例如个人电脑，而开关电源就进行两者之间电压及 电流的转换。开关电源不同于线性电源，开关电源利用的切换晶体管多半是在全开模式 （饱和区）及全闭模式（截止区）之间切换，这两个模式都有低耗散的特点， 切换之间的转换会有较高的耗散，但时间很短，因此比较节省能源，产生废热 较少。理想上
2、，开关电源本身是不会消耗电能的。电压稳压是透过调整晶体管 导通及断路的时间来达到。相反的，线性电源在产生输出电压的过程中，晶体 管工作在放大区，本身也会消耗电能。开关电源的高转换效率是其一大优点， 而且因为开关电源工作频率高，可以使用小尺寸、轻重量的变压器，因此开关 电源也会比线性电源的尺寸要小，重量也会比较轻。若电源的高效率、体积及重量是考虑重点时，开关电源比线性电源要好。 不过开关电源比较复杂，内部晶体管会频繁切换，若切换电流尚加以处理，可 能会产生噪声及电磁干扰影响其他设备，而且若开关电源没有特别设计，其电 源功率因数可能不高。主要用途开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研
3、设备、LED照 明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制 热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品， 安防监控，LED灯带，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。主要类型现代开关电源有两种：一种是直流开关电源；另一种是交流开关 电源。这里主要介绍的只是直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态 电源（粗电），如市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的质量较高的 直流电压（精电）。直流开关电源的核心是 DC/DC 转换器。因此直流开关电 源的分类是依赖DC/DC转换器分类的。也就是说，直流开关电源的分类与 DC/DC转换器的分类是基本相同的，
4、DC/DC转换器的分类基本上就是直流开 关电源的分类。直流DC/DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类：一 类是有隔离的称为隔离式DC/DC转换器；另一类是没有隔离的称为非隔离式 DC/DC 转换器。隔离式DC/DC转换器也可以按有源功率器件的个数来分类。单管的DC/DC转换器有正激式(Forward )和反激式(Flyback)两种。双管DC/DC 转换器有双管正激式(DoubleTransistor Forward Converter)，双管反激 式(Double Transistor Flyback Converter)、推挽式(Push-Pull Converter)和半
5、桥式(Half-Bridge Converter)四种。四管 DC/DC 转换器 就是全桥 DC/DC 转换器(Full-Bridge Converter )。非隔离式DC/DC转换器，按有源功率器件的个数，可以分为单管、双管 和四管三类。单管DC/DC转换器共有六种，即降压式(Buck)DC/DC转换 器，升压式(Boost)DC/DC转换器、升压降压式(Buck Boost)DC/DC转 换器、Cuk DC/DC转换器、Zeta DC/DC转换器和SEPIC DC/DC转换器。在 这六种单管DC/DC转换器中，Buck和Boost式DC/DC转换器是基本的， Buck-Boost、Cuk、
6、Zeta、SEPIC式DC/DC转换器是从中派生出来的。双管 DC/DC转换 器有双管串接的升压式(Buck-Boost)DC/DC转换器。四管 DC/DC转换器常用的是全桥DC/DC转换器(Full-Bridge Converter )。隔离式DC/DC转换器在实现输出与输入电气隔离时，通常采用变压器来 实现，由于变压器具有变压的功能，所以有利于扩大转换器的输出应用 范围， 也便于实现不同电压的多路输出，或相同电压的多种输出。在功率开关管的电压和电流定额相同时，转换器的输出功率通常与所用开关管的数量成正比。所以开关管数越多，DC/DC转换器的输出功率越大，四管 式比两管式输出功率大一倍，单管
7、式输出功率只有四管式的1/4。非隔离式转换器与隔离式转换器的组合，可以得到单个转换器所不具备的 一些特性。按能量的传输来分，DC/DC转换器有单向传输和双向传输两种。具有双向 传输功能的DC/DC转换器，既可以从电源侧向负载侧传输功率，也可以从负 载侧向电源侧传输功率。DC/DC转换器也可以分为自激式和他控式。借助转换器本身的正反馈信号 实现开关管自持周期性开关的转换器，叫做自激式转换器，如洛耶尔(Royer)转换器就是一种典型的推挽自激式转换器。他控式DC/DC转换器中 的开关器件控制信号，是由外部专门的控制电路产生的。按照开关管的开关条件，DC/DC转换器又可以分为硬开关(Hard Swi
8、tching)和软开关(Soft Switching)两种。硬开关DC/DC转换器的开关器件是在承受电压或流过电流的情况下，开 通或关断电路的，因此在开通或关断过程中将会产生较大的交叠损耗，即所谓 的开关损耗(Switching loss )。当转换器的工作状态一定时开关损耗也是一 定的，而且开关频率越高，开关损耗越大，同时在开关过程中还会激起电路分 布电感和寄生电容的振荡，带来附加损耗，因此，硬开关DC/DC转换器的开 关频率不能太高。软开关DC/DC转换器的开关管，在开通或关断过程中，或是加于其上的 电压为零，即零电压开关(Zero-Voltage-Switching，ZVS)，或是通过开
9、关 管的电流为零，即零电流开关(Zero-CurrentSwitching , ZCS )。这种软开 关方式可以显着地减小开关损耗，以及开关过程中激起的振荡，使开关频率可 以大幅度提高，为转换器的小型化和模块化创造 了条件。功率场效应管(MOSFET )是应用较多的开关器件，它有较高的开关速 度，但同时也有较大的寄生电容。它关断时，在外电压的作用下， 其寄生电容 充满电，如果在其开通前不将这一部分电荷放掉，则将消耗于器件内部，这就 是容性开通损耗。为了减小或消除这种损耗，功率场 效应管宜采用零电压开通 方式(ZVS)。绝缘栅双极性晶体管(Insulated Gate Bipolar tansi
10、stor, IGBT)是一种 复合开关器件，关断时的电流拖 尾会导致较大的关断损耗，如果在关断前使流 过它的电流降到零，则可以显着地降低开关损耗，因此IGBT宜采用零电流(ZCS )关断方式IGBT在零电压条件下关断，同样也能减小关断损耗，但 是MOSFET在零电流条件下开通时，并不能减小容性开通损耗。谐振转换器(ResonantConverter，RC)、准谐振转换器(Qunsi- Tesonant Converter，QRC)、多谐振转换器(Multi-ResonantConverter， MRC)、零电压开关PWM转换器(ZVS PWM Converter)、零电流开关 PWM 转换器(
11、ZCS PWM Converter)、零电压转换(Zero-Voltage- Transition ，ZVT)PWM 转换器和零电流转换(Zero- Voltage-Transition， ZVT)PWM转换器等，均属于软开关直流转换器。电力电子开关器件和零开 关转换器技术的发展，促使了高频开关电源的发展。深圳市银联宝电子科技有限公司成立于2007年，是一家专注电源应用方 案芯片供应商，公司有10多位在大厂20多年工作经历应用工程师和芯片开发 设计工程师。工程师拥有电源大厂从事研发电源方案经历，曾服务冠德，茂 硕，爱默生，航嘉等著名公司；研发部门由一批海归博士和国内知名高校从事 电源研发芯片资深研究人员组成。
