開關電源用於將輸入電壓轉換為設備內部元件所需的值。另一個廣泛使用的開關電源名稱是逆變器。
什麼是開關電源？
逆變器是二次電源，它使用輸入交流電壓的雙重轉換。通過改變脈衝的持續時間（寬度）以及在某些情況下的重複頻率來調整輸出值。這種類型的調製稱為脈衝寬度調製。
開關電源的工作原理
逆變器的基本原理是對初級電壓進行整流，然後將其轉換成一串高頻脈衝。這是它與傳統變壓器的區別。該單元的輸出電壓用於形成負反饋信號，從而可以調節脈衝參數。通過控制脈衝寬度，很容易安排輸出參數、電壓或電流的穩定和調節。也就是說，它既可以是電壓調節器，也可以是電流調節器。
輸出值的數量和極性可能有很大不同，具體取決於開關電源的工作方式。
各種電源
幾種類型的逆變器已被使用，它們在電路設計上有所不同：
- 無變壓器；
- 變壓器。
第一個區別在於脈衝序列直接進入設備的輸出整流器和平滑濾波器。這樣的電路具有最少的元件。一個簡單的反相器包括一個專門的集成電路——一個脈寬振盪器。
無變壓器設備的主要缺點是它們與供電網絡沒有電流隔離，可能會造成觸電風險。它們通常還具有低功率並且僅提供 1 個輸出電壓值。
更常見的是變壓器設備，其中高頻脈衝序列進入變壓器的初級繞組。可以有任意數量的次級繞組，從而形成多個輸出電壓。每個次級繞組都裝有自己的整流器和平滑濾波器。
任何一台計算機的強大開關電源都是按照這樣的電路構建的，具有很高的可靠性和安全性。對於此處的反饋信號，使用 5 或 12 伏的電壓，因為這些值需要最準確的穩定性。
使用變壓器進行高頻電壓轉換（幾十千赫而不是50赫茲）可以使它們的尺寸和重量成倍減小，並使用具有高矯頑力的鐵磁材料作為芯材（磁線）代替電鐵。
DC-DC 轉換器也基於脈寬調製。如果不使用逆變器電路，轉換會帶來很大的困難。
電源原理圖
最常見的脈沖轉換器配置的電路包括：
- 電源噪聲濾波器；
- 整流器
- 平滑濾波器；
- 脈寬轉換器；
- 關鍵晶體管；
- 高頻輸出變壓器；
- 輸出整流器；
- 個人和組輸出過濾器。
干擾抑制濾波器的目的是將來自設備運行的干擾捕獲到供電網絡中。強大的半導體元件的切換可能伴隨著在寬頻譜中產生短期脈衝。因此這裡有必要使用專門設計的元件作為濾波鏈路的直通電容器。
整流器用於將輸入交流電壓轉換為直流，下游平滑濾波器消除整流電壓中的紋波。
使用直流轉換器時，不需要整流器和濾波器，輸入信號經過噪聲濾波電路後，直接饋入脈寬轉換器（調製器），簡稱PWM。
PWM是開關電源電路中最複雜的部分。其任務包括：
- 產生高頻脈衝；
- 根據反饋信號控制單元輸出參數和脈衝串校正；
- 監控和過載保護。
PWM 信號被饋送到橋式或半橋式電路中的電源鍵晶體管的控制引腳。晶體管的電源引線加載到高頻輸出變壓器的初級繞組中。傳統的雙極晶體管被 IGBT 或 MOSFET 晶體管取代，具有低結壓降和高速性能。晶體管參數的改進有助於降低功耗，同時保持相同的尺寸和技術設計參數。
輸出脈衝變壓器採用與經典變壓器相同的轉換原理。例外是增加頻率的操作。因此，具有相同發射功率的高頻變壓器具有更小的尺寸。
來自電源變壓器次級繞組的電壓（可以有多個）進入輸出整流器。與輸入整流器不同，次級電路的整流二極管必須具有更高的工作頻率。肖特基二極管在這部分電路中工作得最好。與傳統二極管相比，它們的優點是：
- 工作頻率高；
- p-n結電容較低；
- 低壓降。
開關模式電源的輸出濾波器的目的是將整流輸出電壓的紋波降低到必要的最小值。由於紋波頻率遠高於線路電壓，因此線圈中不需要高電容和電感。
開關電源的適用範圍
大多數情況下使用脈衝電壓轉換器代替帶有半導體穩壓器的傳統變壓器。在相同功率的情況下，逆變器的特點是整體尺寸和重量更小、可靠性高，最重要的是——更高的效率和在寬輸入電壓範圍內工作的能力。並且在尺寸相當的情況下，逆變器的最大功率要高出數倍。
在直流電壓轉換等領域，脈衝源幾乎別無選擇，不僅可以降低電壓，還可以產生更高的電壓，組織極性反轉。高轉換頻率極大地方便了輸出參數的濾波和穩定。
專用集成電路上的小型逆變器被用作各種小工具的充電器，其可靠性使得充電單元的使用壽命可以超過移動設備的使用壽命數倍。
用於開啟 LED 光源的 12 伏電源驅動器也基於脈衝電路。
如何用自己的雙手製作開關電源
逆變器，尤其是功能強大的逆變器，具有復雜的電路，僅供有經驗的無線電愛好者使用。我們可以推薦簡單的低功率電路，帶有專門的 PWM 控制器芯片，用於主電源的自組裝。此類 IC 的管道元件數量較少，並且具有經過良好測試的典型開關電路，實際上不需要調整和調諧。
在使用自製設計或維修工業設備時，請記住部分電路將始終處於網絡的潛力之下，因此必須遵守安全預防措施。
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