電源設計之正向模式轉(zhuǎn)換器和反激模式轉(zhuǎn)換器

線性電源只能降低（降壓）輸入電壓，從而獲得較低的輸出電壓。通常，這是通過迫使BJT或MOSFET晶體管在其線性區(qū)工作來實現(xiàn)的。結(jié)果是兩個：

輸出電壓和輸入電壓之間始終存在差異（VDROP）。

由于晶體管在線性區(qū)中的連續(xù)工作，調(diào)節(jié)器耗散了大量功率，功率由VDROP乘以ILOAD給出，其中ILOAD是負載吸收的電流。

因此，線性穩(wěn)壓器的效率非常低，通常在35％至65％之間，并且輸出電壓和輸入電壓之間的差異越大（VDROP= VIN– VOUT），效率就越低。以一個線性穩(wěn)壓器為例，其中VIN= 9 V，VOUT= 5 V，ILOAD= 150 mA。與可用的750 mW（VOUT×ILOAD）的輸出功率相比，該穩(wěn)壓器應能夠耗散600 mW（（VIN– VOUT）×ILOAD）的功率。）。因此，該調(diào)節(jié)器的效率約為55％。隨著輸出功率的增加，對有效散熱的需求也增加了，這可以通過散熱器獲得。但是，從經(jīng)濟的角度來看，超過幾瓦的功率，線性穩(wěn)壓器不再方便，因此，它代表了低功率應用的理想解決方案。一類特殊的線性穩(wěn)壓器是低壓差穩(wěn)壓器（LDO），它集成了一個特殊電路，該電路能夠包含VDROP的值（通常為數(shù)百或數(shù)十毫伏），從而提高了整體效率。線性穩(wěn)壓器的優(yōu)勢在于電路簡單（需要很少的外部組件），成本低廉，并且沒有開關(guān)噪聲（晶體管始終在線性區(qū)域工作）。

開關(guān)電源的工作方式是在CUTOFF狀態(tài)（沒有電流流過但開關(guān)上有高電壓）和SATURATION狀態(tài)（有很大電流流過但開關(guān)上的電壓非常高）之間快速切換晶體管，從而工作小的）。如此獲得的脈沖電壓可以隨后通過變壓器增加或減少，并最終進行濾波以獲得直流輸出電壓。開關(guān)電源可實現(xiàn)高效率值，通常在65％至95％之間。主要缺點在于設計的復雜性和開關(guān)噪聲的存在，在一些應用中必須消除這種噪聲。開關(guān)電源由外部脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號控制，該信號確定“開關(guān)”晶體管的開關(guān)頻率和占空比。

正向模式轉(zhuǎn)換器

前向轉(zhuǎn)換器通過LC輸出濾波器的存在可以識別，它使用變壓器來升高或降低輸入電壓，并為負載提供與AC電源電壓的電流隔離。圖1顯示了正激轉(zhuǎn)換器的基本方案。當晶體管處于導通狀態(tài)（開）時，能量轉(zhuǎn)移到輸出。LC濾波器生成一個輸出電壓VOUT，其值可以按以下方式計算（D是PWM信號的占空比，而NS和NP是變壓器各個繞組上的匝數(shù)）：

VOUT= VIN×D×（NS÷NP）

通過改變占空比，因此可以修改輸出電壓值。

圖1：正激轉(zhuǎn)換器的基本框圖

反激模式轉(zhuǎn)換器

即使反激轉(zhuǎn)換器基于與前向轉(zhuǎn)換器相同的組件，其工作方式也大體上不同。反激調(diào)節(jié)器將輸入電壓轉(zhuǎn)換為具有較高或較低值以及正極性或負極性的輸出電壓。反激式轉(zhuǎn)換器的基本框圖如圖2所示。圖2中的開關(guān)實際上是由PWM信號控制的開關(guān)晶體管（通常為FET）代替的。

圖2：反激式轉(zhuǎn)換器的基本框圖

當開關(guān)閉合（晶體管打開）時，變壓器的初級繞組與輸入電流相交，從而在次級繞組上產(chǎn)生一個負電壓。因此，二極管被反向偏置，并且負載由存儲在輸出電容器中的能量供電（圖3的上部）。另一方面，當開關(guān)斷開（晶體管關(guān)閉）時，變壓器初級繞組上的電流為零，而次級繞組上的電壓為正。這導致二極管導通，進而可以為負載供電并為電容器充電。

圖3：反激轉(zhuǎn)換器的兩個工作階段

編輯：hfy