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1、AC/DC與DC/DC
AC/DC是開(kāi)關(guān)電源的其中一類。該類電源也稱一次電源——AC是交流，DC是直流，它，經(jīng)過(guò)高壓整流濾波得到一個(gè)直流高壓，供DC/DC變換器在輸出端獲得一個(gè)或幾個(gè)穩(wěn)定的直流電壓，功率從幾瓦-幾千瓦均有產(chǎn)品，用于不同場(chǎng)合。
AC/DC電源管理芯片變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負(fù)載的稱為“整流”，功率流由負(fù)載返回電源的稱為“有源逆變”。
AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對(duì)較大的濾波電容器是必不可少的，同時(shí)因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)(如UL、CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC、、FCC、CSA)，交流輸入側(cè)必須加EMC濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化。
DC/DC電源指直流轉(zhuǎn)換為直流的電源，從這個(gè)定義上看，廣義的DCDC表示只要是直流轉(zhuǎn)直流都叫DCDC，LDO(低壓差線性穩(wěn)壓器)芯片也應(yīng)該屬于DC/DC電源。但是約定俗成的定義是：一般只將直流變換到直流，且這種轉(zhuǎn)換方式是通過(guò)開(kāi)關(guān)方式實(shí)現(xiàn)的電源稱為DC/DC電源。(第一張圖中，狹義的DC/DC)
2、線性電源 與 開(kāi)關(guān)電源
線性電源的調(diào)整管工作在放大狀態(tài)，因而發(fā)熱量大，效率低(與壓降多少有關(guān))，需要加體積龐大的散熱片。實(shí)現(xiàn)AC/DC時(shí)，還需要同樣也是大體積的工頻變壓器，當(dāng)要制作多組電壓輸出時(shí)變壓器會(huì)更龐大。
開(kāi)關(guān)電源的調(diào)整管工作在飽和和截至狀態(tài)，因而發(fā)熱量小，效率高。AC/DC電源省掉了大體積的變壓器。但開(kāi)關(guān)電源輸出的直流上面會(huì)疊加較大的紋波(50mVat5Voutputtypical)，在輸出端并接穩(wěn)壓二極管可以改善，另外由于開(kāi)關(guān)管工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的尖峰脈沖干擾，也需要在電路中串連磁珠加以改善。相對(duì)而言線性電源就沒(méi)有以上缺陷，它的紋波可以做的很小(5mV以下)。
開(kāi)關(guān)電源通過(guò)不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)，降壓、升壓、升降壓。而線性電源只能實(shí)現(xiàn)降壓。
3、普通電源與特種電源
電源分為普通電源和特種電源兩類。
普通電源
又可細(xì)分為：PC電源、整流電源、定制電源、加熱電源、焊接電源/電弧電源、電鍍電源、開(kāi)關(guān)電源、逆變電源、交流穩(wěn)壓電源、直流穩(wěn)壓電源、DC/DC電源、通信電源、模塊電源、變頻電源、UPS電源、EPS應(yīng)急電源、凈化電源、網(wǎng)絡(luò)電源、電力操作電源、適配器電源、線性電源、電源控制器/驅(qū)動(dòng)器、功率電源、其他普通電源、逆變電源、參數(shù)電源、調(diào)壓電源、變壓器電源。
特種電源
特種電源又可細(xì)分為：岸電電源、安防電源、高壓電源、醫(yī)療電源、軍用電源、航空航天電源、激光電源、其他特種電源。
特種電源即特殊種類的電源。所謂特殊主要是由于衡量電源的技術(shù)指標(biāo)要求不同于常用的電源，其主要是輸出電壓特別高，輸出電流特別大，或者對(duì)穩(wěn)定度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)及紋波要求特別高，或者要求電源輸出的電壓或電流是脈沖或其它一些要求。
4、隔離電源與非隔離電源
在給嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)電源電路，或選用成品電源模塊時(shí)，要考慮的重要問(wèn)題之一就是用隔離還是非隔離的電源方案。在進(jìn)行討論之前，我們先了解下隔離與非隔離的概念，及兩者的主要特點(diǎn)。
電源隔離與非隔離的概念
電源的隔離與非隔離，主要是針對(duì)開(kāi)關(guān)電源而言，業(yè)內(nèi)比較通用的看法是：
隔離電源
電源的輸入回路和輸出回路之間沒(méi)有直接的電氣連接，輸入和輸出之間是絕緣的高阻態(tài)，沒(méi)有電流回路。
非隔離電源
輸入和輸出之間有直接的電流回路，例如，輸入和輸出之間是共地的。
隔離電源示意圖如圖所示。
隔離電源與非隔離電源的優(yōu)缺點(diǎn)
由上述概念可知，對(duì)于常用的電源拓?fù)涠?，非隔離電源主要有：Buck、Boost、Buck-Boost等;而隔離電源主要有各種帶隔離變壓器的反激、正激、半橋、LLC等拓?fù)洹?/p>
結(jié)合常用的隔離與非隔離電源，我們從直觀上就可得出它們的一些優(yōu)缺點(diǎn)，兩者的優(yōu)缺點(diǎn)幾乎是相反的。
使用隔離或非隔離的電源，需了解實(shí)際項(xiàng)目對(duì)電源的需求是怎樣的，但在此之前，可了解下隔離和非隔離電源的主要差別：
隔離模塊的可靠性高，但成本高，效率差點(diǎn)。
非隔離模塊的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，成本低，效率高，安全性能差。
因此，在如下幾個(gè)場(chǎng)合，建議用隔離電源：
涉及可能觸電的場(chǎng)合，如從電網(wǎng)取電，轉(zhuǎn)成低壓直流的場(chǎng)合，需用隔離的AC-DC電源;
串行通信總線通過(guò)RS-232、RS-485和控制器局域網(wǎng)(CAN)等物理網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)，這些相互連接的系統(tǒng)每個(gè)都配備有自己的電源，而且各系統(tǒng)之間往往間隔較遠(yuǎn)，因此，我們通常需要隔離電源進(jìn)行電氣隔離來(lái)確保系統(tǒng)的物理安全，且通過(guò)隔離切斷接地回路，來(lái)保護(hù)系統(tǒng)免受瞬態(tài)高電壓沖擊，同時(shí)減少信號(hào)失真;
對(duì)外的I/O端口，為保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，也建議對(duì)I/O端口做電源隔離。
隔離與非隔離電源的應(yīng)用場(chǎng)合
通過(guò)了解隔離與非隔離電源的優(yōu)缺點(diǎn)可知，它們各有優(yōu)勢(shì)，對(duì)于一些常用的嵌入式供電選擇，我們已可做成準(zhǔn)確的判斷：
系統(tǒng)前級(jí)的電源，為提高抗干擾性能，保證可靠性，一般用隔離電源。
電路板內(nèi)的IC或部分電路供電，從性價(jià)比和體積出發(fā)，優(yōu)先選用非隔離的方案。
對(duì)安全有要求的場(chǎng)合，如需接市電的AC-DC，或醫(yī)療用的電源，為保證人身的安全，必須用隔離電源，有些場(chǎng)合還必須用加強(qiáng)隔離的電源。
對(duì)于遠(yuǎn)程工業(yè)通信的供電，為有效降低地電勢(shì)差和導(dǎo)線耦合干擾的影響，一般用隔離電源為每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)單獨(dú)供電。
對(duì)于采用電池供電，對(duì)續(xù)航力要求嚴(yán)苛的場(chǎng)合，采用非隔離供電。
隔離電源與非隔離電源優(yōu)缺點(diǎn)
5、PWM 和PFM
①脈沖寬度調(diào)制(PWM)
脈寬寬度調(diào)制式(PWM)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路是在控制電路輸出頻率不變的情況下，通過(guò)電壓反饋調(diào)整其占空比，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。
②脈沖頻率調(diào)制(PFM)
脈沖頻率調(diào)制(PFM)調(diào)制信號(hào)的頻率隨輸入信號(hào)幅值而變化，其占空比不變。由于調(diào)制信號(hào)通常為頻率變化的方波信號(hào)，因此，PFM也叫做方波FM。
③脈沖寬度頻率調(diào)制(PWM-PFM)
每種類型的性能特征是不一樣的：
1、 重負(fù)載和輕負(fù)載時(shí)的效率
2、負(fù)載調(diào)節(jié)
3、設(shè)計(jì)復(fù)雜性
4、EMI / 噪聲考慮
集成型轉(zhuǎn)換器解決方案可整合這兩種操作模式以利用它們各自的優(yōu)勢(shì)：
①PWM是頻率的寬和窄的變化,PFM是頻率的有和無(wú)的變化。
②PWM是利用脈沖寬度控制輸出,PFM是利用脈沖的有無(wú)控制輸出。
③PWM-PFM兼有PWM和PFM的優(yōu)點(diǎn)。
開(kāi)關(guān)電源控制技術(shù)特點(diǎn)及比較：
DC/DC變換器是通過(guò)與內(nèi)部頻率同步開(kāi)關(guān)進(jìn)行升壓或降壓，通過(guò)變化開(kāi)關(guān)次數(shù)進(jìn)行控制，從而得到與設(shè)定電壓相同的輸出電壓。
PFM控制時(shí)，當(dāng)輸出電壓達(dá)到在設(shè)定電壓以上時(shí)即會(huì)停止開(kāi)關(guān)，在下降到設(shè)定電壓前，DC/DC變換器不會(huì)進(jìn)行任何操作。但當(dāng)輸出電壓下降到設(shè)定電壓以下，DC/DC變換器會(huì)再次開(kāi)始開(kāi)關(guān)，使輸出電壓達(dá)到設(shè)定電壓。
PWM控制也是與頻率同步進(jìn)行開(kāi)關(guān)，但是它會(huì)在達(dá)到升壓設(shè)定值時(shí)，盡量減少流入線圈的電流，調(diào)整升壓使其與設(shè)定電壓保持一致。
PWM/PFM切換控制DC/DC變換器在重負(fù)荷時(shí)由PWM控制，低負(fù)荷時(shí)自動(dòng)切換到PFM控制，即在一款產(chǎn)品中同時(shí)具備PWM的優(yōu)點(diǎn)與PFM的優(yōu)點(diǎn)。在備有待機(jī)模式的系統(tǒng)中，采用PFM/PWM切換控制的產(chǎn)品能得到較高效率。
與PWM相比，PFM的輸出電流小，因?yàn)镻FM控制的DC/DC變換器在達(dá)到設(shè)定電壓以上時(shí)就會(huì)停止動(dòng)作，所以消耗的電流就會(huì)變得很小。因此，消耗電流的減少可改進(jìn)低負(fù)荷時(shí)的效率。
PWM在低負(fù)荷時(shí)雖然效率較遜色，但是因其紋波電壓小，且開(kāi)關(guān)頻率固定，所以噪聲濾波器設(shè)計(jì)比較容易，消除噪聲也較簡(jiǎn)單。
PWM：
PFM：
電源紋波 PWM VS PFM
開(kāi)關(guān)電源控制技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)
PFM相比較PWM主要優(yōu)點(diǎn)在于效率：
對(duì)于外圍電路一樣的PFM和PWM而言,其峰值效率PFM與PWM相當(dāng)。但在峰值效率以前,PFM的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PWM的效率,這是PFM的主要優(yōu)勢(shì)。
PWM由于誤差放大器的影響，回路增益及響應(yīng)速度受到限制，PFM具有較快的響應(yīng)速度。
PFM相比較PWM主要缺點(diǎn)在于濾波困難：
濾波困難(諧波頻譜太寬)。
峰值效率以前,PFM的頻率低于PWM的頻率,會(huì)造成輸出紋波比PWM偏大。
PFM控制相比PWM控制 IC 價(jià)格要貴。
PWM控制方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)容易，PFM控制方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)不太容易。
6、電荷泵
電荷泵，也稱為開(kāi)關(guān)電容式電壓變換器，是一種利用所謂的“快速”(flying)或“泵送”電容(而非電感或變壓器)來(lái)儲(chǔ)能的DC-DC(變換器)。
主要應(yīng)用包括驅(qū)動(dòng)用于手機(jī)背光的白光LED和毫瓦范圍的數(shù)字處理器。
電荷泵(開(kāi)關(guān)電容)IC通過(guò)利用一個(gè)開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)給兩個(gè)或兩個(gè)以上的電容供電或斷電來(lái)進(jìn)行DC/DC電壓轉(zhuǎn)換。基本電荷泵開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)不斷在給電容器供電和斷電這兩個(gè)狀態(tài)之間切換。C1(充電電容)傳輸電荷，而C2(充電電容器)則儲(chǔ)存電荷并過(guò)濾輸出電壓。
額外的“快速電容”和開(kāi)關(guān)陣列帶來(lái)多種好處。
電荷泵IC可以用作逆變器、分路器或者增壓器。逆變器將輸入電壓轉(zhuǎn)變成一個(gè)負(fù)輸出。作為分路器使用時(shí)，輸出電壓是輸出電壓的一部分，例如1/2或2/3。作為增壓器時(shí)，它可以給I/O帶來(lái)一個(gè)1.5X或者2X的增益。很多便攜式系統(tǒng)都是用一個(gè)單鋰離子電池或者兩個(gè)金屬氫化物鎳電池。因此當(dāng)在2X模式下運(yùn)行時(shí)，電荷泵可以給一般在3.3V到4.0V的范圍內(nèi)工作的白光LED供應(yīng)適當(dāng)?shù)恼螂妷骸?/p>
基本電荷泵缺少調(diào)整電路，因此實(shí)際上所有當(dāng)今使用的電荷泵IC都增加線性調(diào)整或者電荷泵調(diào)制。線性調(diào)整的輸出噪音最低，并可以在更低的效率情況下提供更好的性能。而由于調(diào)整IC沒(méi)有串聯(lián)傳輸晶體管，控制開(kāi)關(guān)電阻的電荷泵調(diào)制就可以提供更高的效率，并為一個(gè)給定的芯片面積(或消耗)提供更多的輸出電流。
電荷泵消除了電感器和變壓器所帶有的磁場(chǎng)和電磁干擾。但是，仍然有一個(gè)可能的微小噪音源，那就是當(dāng)快速電容和一個(gè)輸入源或者另外一個(gè)帶不同電壓的電容器相連時(shí)，流向它的高充電電流。同樣的，“分路器”電荷泵也能在LDO上改進(jìn)效率，但又不會(huì)像感應(yīng)降壓調(diào)整器那樣復(fù)雜。
7、正激 與 反激
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反激式：反激式開(kāi)關(guān)電源是指使用反激高頻變壓器隔離輸入輸出回路的開(kāi)關(guān)電源?！胺醇ぁ敝傅氖窃陂_(kāi)關(guān)管接通的情況下，當(dāng)輸入為高電平時(shí)輸出線路中串聯(lián)的電感為放電狀態(tài);相反，在開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)的情況下，當(dāng)輸入為高電平時(shí)輸出線路中的串聯(lián)的電感為充電狀態(tài)。
工作原理：
變壓器的一次和二次繞組的極性相反，這大概也是Flyback名字的由來(lái)：
當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，變壓器原邊電感電流開(kāi)始上升，此時(shí)由于次級(jí)同名端的關(guān)系，輸出二極管截止，變壓器儲(chǔ)存能量，負(fù)載由輸出電容提供能量。
當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，變壓器原邊電感感應(yīng)電壓反向，此時(shí)輸出二極管導(dǎo)通，變壓器中的能量經(jīng)由輸出二極管向負(fù)載供電，同時(shí)對(duì)電容充電，補(bǔ)充剛剛損失的能量。
反激電路的演變：
可以看作是隔離的Buck/Boost電路:
在反激電路中，輸出變壓器T除了實(shí)現(xiàn)電隔離和電壓匹配之外，還有儲(chǔ)存能量的作用，前者是變壓器的屬性，后者是電感的屬性，因此有人稱其為電感變壓器，有時(shí)我也叫他異步電感。
正激電源
正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性和輸出電壓負(fù)載特性，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較好，因此，工作比較穩(wěn)定，輸出電壓不容易產(chǎn)生抖動(dòng)，在一些對(duì)輸出電壓參數(shù)要求比較高的場(chǎng)合，經(jīng)常使用。
所謂正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源，是指當(dāng)變壓器的初級(jí)線圈正在被直流電壓激勵(lì)時(shí)，變壓器的次級(jí)線圈正好有功率輸出。
單端正激式：
雙管正激式：
由上三張圖可知，反激的變壓器可以看作一個(gè)帶變壓功能的電感，是一個(gè)buck-boost電路。正激的變壓器是只有變壓功能，整體可以看成一個(gè)帶變壓器的buck電路。二次側(cè)接第一個(gè)整流二極管的負(fù)端接電解電容的是反擊，接電感的是正激。
總地來(lái)說(shuō)，正激反激工作原理不同，正激是初級(jí)工作次級(jí)也工作，次級(jí)不工作有續(xù)流電感續(xù)流，一般是CCM模式。功率因數(shù)一般不高，而且輸入輸出和變比占空比成比例。反激是初級(jí)工作，次級(jí)不工作，兩邊獨(dú)立開(kāi)來(lái),一般DCM模式下，理論上是單位功率因數(shù)，但是變壓器的電感會(huì)比較小，而且需要加氣隙,所以一般適合中小功率情況.一般的電源書都會(huì)有具體的介紹和設(shè)計(jì)公式。
正激變壓器是理想的，不儲(chǔ)能，但是由于勵(lì)磁電感(Lp)是有限值，勵(lì)磁電流使得磁芯B會(huì)大，為避免磁通飽和，變壓需要輔助繞組進(jìn)行磁通復(fù)位;反激變壓器工作形式可以看做耦合電感;電感先儲(chǔ)能，再放能。由于反激變壓器的輸入、輸出電壓極性相反，固當(dāng)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)之后，次級(jí)可以提供磁芯一個(gè)復(fù)位電壓，因而反激變壓器不需額外增加磁通復(fù)位繞組。
主要區(qū)別
正激反激主要區(qū)別在高頻變壓器的工作方式不同但他們?cè)谕幌笙奚?。正激是?dāng)變壓器原邊開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)同時(shí)能量被傳遞到負(fù)載上，當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí)變壓器的能量要通過(guò)磁復(fù)位電路去磁。反激是和正激相反，當(dāng)原邊開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)給變壓器存儲(chǔ)能量。但能量不會(huì)加在負(fù)載上，當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，變壓器的能量釋放到負(fù)載側(cè)。正激開(kāi)關(guān)電源，后面多的那個(gè)二級(jí)管是續(xù)流二級(jí)管，一般輸出部分還會(huì)多加一個(gè)儲(chǔ)能電感，正激和反激最重要的區(qū)別是變壓器初次級(jí)的相位是反相的。
最大區(qū)別
正激與反激的工作最大區(qū)別是，當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，正激的輸出主要靠?jī)?chǔ)能電感和續(xù)流二級(jí)管來(lái)維持輸出，而反激的輸出主要靠變壓器次級(jí)釋放能量來(lái)維持輸出。正激電路不宜做多路輸出，正激電路要用脈寬調(diào)整做穩(wěn)壓必須在次極整流以后串電感，不然輸出電壓主要由輸入決定，與脈寬影響不大，脈寬只影響輸出紋波。如用正激電路做多路輸出原理上存在的問(wèn)題：如每路輸出不用電感，那么對(duì)輸入變化沒(méi)有穩(wěn)壓作用，且沒(méi)有開(kāi)關(guān)電源應(yīng)有的安全性。如果每路加電感：那么輸出電壓在理論上與負(fù)載大小有關(guān)，不參與反饋的回路就不正。
反激電路在原理上就適合多路輸出穩(wěn)壓。反激電路首先儲(chǔ)能，后把能量按各路的電壓比率供應(yīng)給每一路，先可以認(rèn)為每路的輸出比例是不變的(實(shí)際有誤差看下面)，按電流誰(shuí)需要多給誰(shuí)多的原則分配。
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論