功率變換器是一種可以將某種電流轉(zhuǎn)換為其他類(lèi)型電流的電子設(shè)備。既有直流功率變換也有交流功率變換。功率變換器利用電表只對(duì)帶有“鎢絲”的發(fā)熱的電阻性的用電器限定了瓦數(shù)的漏洞，而制作出來(lái)的產(chǎn)品。降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)是DC-DC開(kāi)關(guān)電源的核心部件，負(fù)責(zé)將高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓，主要由功率開(kāi)關(guān)(如MOSFET)、電感、電容和續(xù)流二極管組成。其核心功能是通過(guò)周期性開(kāi)關(guān)功率開(kāi)關(guān)，控制電感儲(chǔ)能與釋放能量，從而穩(wěn)定輸出電壓。為防止大功率電器引發(fā)火災(zāi)，多所高校發(fā)布“限電令”，設(shè)置宿舍最高用電功率及最高總功率。學(xué)生們的洗衣機(jī)、空調(diào)扇、吹風(fēng)機(jī)遇到學(xué)校限電令，這些電器功率多超出限電范圍，以至于無(wú)法使用。于是一款“學(xué)生宿舍專(zhuān)用”的功率轉(zhuǎn)換器因此熱賣(mài)起來(lái)。

?功率開(kāi)關(guān)?：通常采用MOSFET或IGBT等半導(dǎo)體器件，負(fù)責(zé)周期性導(dǎo)通與關(guān)斷，控制電感充電和放電。 ?電感?：儲(chǔ)存能量并平滑電流脈動(dòng)，其值直接影響輸出電壓穩(wěn)定性和效率。 ?電容?：濾除輸出電壓紋波，維持負(fù)載電流連續(xù)性。 ?13?續(xù)流二極管?：在開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)為電感提供放電路徑，防止電流倒灌。電表只對(duì)帶有“鎢絲”的發(fā)熱的電阻性的用電器限定了瓦數(shù)，其它的用電器，如電腦，臺(tái)燈等沒(méi)有“鎢絲”這種發(fā)熱的電阻性的用電器，電表是沒(méi)有瓦數(shù)限制的?！肮β兽D(zhuǎn)換器”就是利用了電表在設(shè)計(jì)上的這個(gè)漏洞，把自己偽裝成一個(gè)像“電腦”這種沒(méi)有“鎢絲”發(fā)熱的電阻性的用電器。

功率級(jí)通過(guò)PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)控制開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間(占空比)，實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。當(dāng)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電感充電;關(guān)斷時(shí)，電感通過(guò)二極管放電，電容釋放能量補(bǔ)充負(fù)載電流，維持輸出電壓穩(wěn)定。 電感值需平衡輸出紋波、效率與成本，過(guò)大或過(guò)小均會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱或振鈴現(xiàn)象。 ?4需確保電感電流紋波不超過(guò)元件飽和電流，避免損壞。 ?4占空比計(jì)算公式為：占空比 = 輸出電壓 / 輸入電壓，直接影響轉(zhuǎn)換效率與穩(wěn)定性。 ?

在SMPS設(shè)計(jì)中，常見(jiàn)的一種災(zāi)難性錯(cuò)誤就是在選擇功率電感時(shí)忽略了電流飽和額定值。當(dāng)流經(jīng)電感的電流超過(guò)飽和電流額定值時(shí)，電感器鐵芯飽和，這意味著產(chǎn)生的磁場(chǎng)將不再與消耗的 電流成比例地增加。這會(huì)破壞伏秒平衡定律，導(dǎo)致電感電流紋波和輸出電壓紋波失去線(xiàn)性特性。當(dāng)鐵芯飽和時(shí)，電感值會(huì)迅速降低，其行為更像電阻而不是電感。由于電感器的有效串 聯(lián)電阻(ESR)增加，而實(shí)際電感減小，因此，為了滿(mǎn)足伏特秒平衡，電流變化量將被迫增加。在飽和電流波形中觀測(cè)到尖峰是電流斜率呈指數(shù)增加造成的，如圖4所示。該電流尖峰會(huì)影響輸 出電壓，從而導(dǎo)致更多噪聲和電壓尖峰，如圖5所示。如果電壓尖峰過(guò)大，超過(guò)下游元件的最大電壓額定值，噪聲和電壓尖峰可能會(huì)損壞下游元件，并降低EMI性能。降壓轉(zhuǎn)換器是一種普遍存在的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，可高效地將高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓。高效的電源轉(zhuǎn)換可延長(zhǎng)電池壽命、減少熱量并允許構(gòu)建更小的設(shè)備。降壓轉(zhuǎn)換器可用于許多很酷的應(yīng)用。本文簡(jiǎn)要介紹了降壓轉(zhuǎn)換器，涵蓋了降壓轉(zhuǎn)換器電路(及其同類(lèi)半橋)的一些很酷的應(yīng)用，并提供了資源鏈接，感興趣的讀者可以在其中了解有關(guān)在其設(shè)計(jì)中使用的特定芯片的更多信息。

每個(gè)人都希望他們的智能手機(jī)、平板電腦或便攜式電池組能夠快速充電，而不會(huì)加熱便攜式設(shè)備。同步降壓轉(zhuǎn)換器是實(shí)現(xiàn)此目的的最佳方法。通常，移動(dòng)設(shè)備的充電端口是微型 USB 端口。它接受穩(wěn)壓 5V。充電電路位于移動(dòng)設(shè)備的內(nèi)部，通常是降壓轉(zhuǎn)換器。一些降壓控制器具有內(nèi)置電池控制器智能功能，例如Linear Technology 的這款芯片。

高效地將高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓是降壓轉(zhuǎn)換器的強(qiáng)項(xiàng)。有許多產(chǎn)品可以通過(guò)更高電壓的太陽(yáng)能電池板為電池充電。該太陽(yáng)能充電器具有其他降壓轉(zhuǎn)換器所沒(méi)有的功能，稱(chēng)為最大功率點(diǎn)跟蹤。太陽(yáng)能電池具有非線(xiàn)性電流-電壓曲線(xiàn)。太陽(yáng)能充電器通常是帶有微控制器控制的降壓轉(zhuǎn)換器。微控制器告訴降壓轉(zhuǎn)換器通過(guò)改變負(fù)載電流來(lái)汲取最大電量，以便在盡可能短的時(shí)間內(nèi)為電池充電。一些降壓轉(zhuǎn)換器具有內(nèi)置最大功率點(diǎn)跟蹤和鋰電池充電器智能功能，例如 Linear Technology 的LT3652 。

在脈寬調(diào)制器 (PWM) 導(dǎo)通期間，電流通過(guò)綠色箭頭路徑從輸入電容器通過(guò)開(kāi)關(guān)晶體管流向電感器。當(dāng) PWM 關(guān)閉時(shí)，電流繼續(xù)通過(guò)粉紅色箭頭路徑流過(guò)電感器。這意味著輸出具有連續(xù)流動(dòng)的電流。輸入有一個(gè)高頻電流，在每個(gè)周期內(nèi)打開(kāi)和關(guān)閉。功率級(jí)布局最重要的部分是減少高頻環(huán)路。上圖中的藍(lán)色箭頭反映了這一點(diǎn)。在晶體管導(dǎo)通期間，電流短暫地通過(guò)二極管 D1 流向地。在此期間，如果輸入電容器的位置不靠近，那么這種大電流浪涌可能會(huì)導(dǎo)致一些設(shè)計(jì)問(wèn)題。

確保電源走線(xiàn)或電源層足夠?qū)捯蕴幚黼娫措娏鳌Ｒ话銇?lái)說(shuō)，除開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)外，電源平面應(yīng)盡可能大。開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)具有高 dV/dt 信號(hào)，可以耦合到 PCB 布局的其他部分，因此最小化表面積是一種很好的做法。使用過(guò)孔連接不同層上的電源層。一個(gè)簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)法則是每個(gè)通孔(10 密耳鉆孔)的電流不超過(guò) 1A。如果您創(chuàng)建一個(gè)與 PCB 大小相同的大型連續(xù)接地層，這有助于減少噪聲和高頻環(huán)路。

使用升壓轉(zhuǎn)換器用于從較低的輸入電壓產(chǎn)生較高的輸出電壓。您可以將用于降壓轉(zhuǎn)換器的相同過(guò)程應(yīng)用于升壓轉(zhuǎn)換器，以識(shí)別關(guān)鍵路徑和環(huán)路。

在 PWM 開(kāi)啟期間，電流從輸入通過(guò)電感器流向開(kāi)關(guān)晶體管(綠色箭頭)。能量在 PWM 開(kāi)啟期間在電感器中積累，然后在 PWM 關(guān)閉期間轉(zhuǎn)移到輸出端?，F(xiàn)在電流跟隨粉紅色箭頭并從輸入流向輸出。這意味著輸入側(cè)的電流是連續(xù)的。輸出端的電流是高頻開(kāi)關(guān)電流。為盡量減少高頻噪聲，請(qǐng)盡可能縮短以藍(lán)色顯示的環(huán)路。

在晶體管導(dǎo)通期間，電流僅從輸出端短暫地通過(guò)二極管流向地。該電流如果沒(méi)有被輸出電容器正確旁路，可能會(huì)導(dǎo)致電源設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題。您用于降壓轉(zhuǎn)換器的相同通用布局技術(shù)也可以應(yīng)用于升壓。最小化開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)面積并使用多個(gè)過(guò)孔連接到接地層。

當(dāng)輸入電壓可以高于或低于輸出電壓時(shí)使用 SEPIC 轉(zhuǎn)換器。這種類(lèi)型的電源可以在輸入低于輸出時(shí)升壓，或者在輸入高于輸出時(shí)降壓。該電路使用兩個(gè)電感或一個(gè)耦合電感。

可以將某種電流轉(zhuǎn)換為其他類(lèi)型電流的電子設(shè)備功率變換器是一種可以將某種電流轉(zhuǎn)換為其他類(lèi)型電流的電子設(shè)備。既有直流功率變換也有交流功率變換。功率變換器利用電表只對(duì)帶有“鎢絲”的發(fā)熱的電阻性的用電器限定了瓦數(shù)的漏洞，而制作出來(lái)的產(chǎn)品。

為防止大功率電器引發(fā)火災(zāi)，多所高校發(fā)布“限電令”，設(shè)置宿舍最高用電功率及最高總功率。學(xué)生們的洗衣機(jī)、空調(diào)扇、吹風(fēng)機(jī)遇到學(xué)校限電令，這些電器功率多超出限電范圍，以至于無(wú)法使用。于是一款“學(xué)生宿舍專(zhuān)用”的功率轉(zhuǎn)換器因此熱賣(mài)起來(lái)。電表只對(duì)帶有“鎢絲”的發(fā)熱的電阻性的用電器限定了瓦數(shù)，其它的用電器，如電腦，臺(tái)燈等沒(méi)有“鎢絲”這種發(fā)熱的電阻性的用電器，電表是沒(méi)有瓦數(shù)限制的?！肮β兽D(zhuǎn)換器”就是利用了電表在設(shè)計(jì)上的這個(gè)漏洞，把自己偽裝成一個(gè)像“電腦”這種沒(méi)有“鎢絲”發(fā)熱的電阻性的用電器。

使用過(guò)程中不要長(zhǎng)時(shí)間負(fù)載，大功率電器可能因疏忽帶來(lái)安全隱患。若不用時(shí)，請(qǐng)拔下插頭。請(qǐng)盡可能少的使用大功率電器，考慮一下脆弱的學(xué)校供電系統(tǒng)，也可以減少不必要的安全隱患!1、所接電器的功率總和不得超過(guò)額定功率。2、使用時(shí)嚴(yán)禁捆扎導(dǎo)線(xiàn)，以免異常過(guò)熱。3、使用過(guò)程中注意不要堵住散熱孔。