|
电源电路所发挥的作用 要使构成设备的电子电路或半导体元器件正常动作，必须稳定地供给由规格确定的电压和电流。发挥该作用的则是电源电路。我们周围的智能手机的AC适配器(充电器)也是一种电源电路。当然，智能手机内部也安装有许多电源电路，供给处理器、存储器和显示器元件所需的电压和电流(图1)。 图1. 用于智能手机的电源电路示例 逆变器和转换器 电源电路透过输出来看大致区分为两种。一般来说，我们将输出为交流的电源电路称作“逆变器”，而将输出为直流的电源电路称作“转换器”。 逆变器 我们将把直流转换为单相交流或者三相交流的电路称作逆变器(Inverter)。此外，有时也会将某一频率的交流转换为另一频率的交流的电路包含在逆变器中(严格说来，由于将某一频率的交流暂时转换为直流，将该直流转换为另一频率的交流，因而可以说是由转换器＋逆变器构成的)。 我们将把某一直流电压转换为另一直流电压的电路、或把交流转换为直流的电路称作转换器(Converter)。有时也会将前者叫做“DC/DC转换器”或“DC-DC转换器”，将后者叫做“AC/DC转换器”或“AC-DC转换器”。 DC/DC转换器的目的在于供给微机和存储器元件等所需的低电压，被安装在以电子设备和家电产品为首的众多设备上。 AC/DC转换器中我们所熟悉的则是被用于笔记本电脑和智能手机充电的AC适配器。作为电路的构成，可以将AC/DC转换器作为把DC/DC转换器组合到由二极管等构成的整流器上而成的设备来进行处理。 接下来让我们将就电源电路中作为基本的DC/DC转换器稍许详细地进行介绍。刚才我们说明了电源大致上区分为两种，即包括“逆变器”和“转换器”，DC/DC转换器也一样大致上包括两种类型。 线性稳压器 线性稳压器是根据电阻分压的原理，在与负荷之间将输入电压进行分压而获得输出电压的电源电路(图2)。但是，若以通常的电阻元件构成则分压比会被固定起来，输出电压也会在输入电压的变动或负荷变动时发生变化，因而将晶体管或MOSFET作为可变电阻器来使用并进行控制，以便在监控输出电压的同时使得输出电压保持恒定。 线性稳压器的负荷电流会直接流向分压电阻(晶体管或者MOSFET)，因而通过电阻的两端电压×负荷电流求得的功率会成为损失，变为热而散失。因此，与后述的开关式稳压器相比，具有能量转换效率低的缺点。 一方面，线性稳压器具有其输出脉动(像波纹那样微小的变动)少，且电磁干扰等放射少的特点，因而被作为处理极为微弱信号的放大器等害怕干扰的电路的电源来使用。此外，与开关式稳压器相比，基本上能够以较低的成本进行安装。 图2. 线性稳压器的动作原理 开关式稳压器，是通过开关元件(功率元器件)来使输入电压ON/OFF以形成脉冲波，最后在输出段进行平滑化以得到输出电压的电源电路(图3)。改变ON和OFF的比率来进行输出电压的控制则是其基本原理。 图3. 开关式稳压器的动作原理 通过开关元件来进行输入电压的转换以形成脉冲波形，在后段进行平滑化以得到输出电压。能够以ON和OFF的时间比来进行输出电压的控制则是其关键所在。随着开关动作而产生电磁干扰(EMI噪声)则是其缺点。 开关式稳压器的自由度极高，已被设计出各种电路构成并投入使用。若只着眼于输入电压和输出电压的关系，则可如下所示基本上将开关式稳压器分类为3类。（公众号：电子汇） 👉降压型： 系输出电压比输入电压低的电源电路，作为开关式稳压器最为常见。这种类型也被称作buck（降压）型。 👉昇圧型： 系将电感器置于输入侧，通过在开关元件处于ON时将能量蓄积于电感器内，在开关元件处于OFF时使其从电感器释放能量，得到比输入电压高的输出电压的电源电路。它被作为用于驱动需要高电压的液晶面板或LED而使用。 👉升降压型： 系既对应降压动作又对应升压动作的电源电路，主要被用于输入电压大幅变动的用途。在基本的升降压电路，输出的极性相反，输出负电压。另外，极性颠倒的原理稍微有点复杂，以后我们将另找机会单独进行说明。人们也设计出了解决极性的课题而能够得到正电压的电路。 开关式稳压器与线性稳压器相比能量的转换效率高，在使用最新的控制器IC时，根据动作条件有时也会达到98％前后。 一方面，由于将输入暂时转换为脉冲状的波形，因而面临着会产生电磁干扰(EMI噪声)或接地干扰等原理方面的课题。此外，还有电路设计复杂的缺点。 表1. 线性稳压器与开关式稳压器的比较 下次就电子电路中不可或缺的开关式稳压器详细地进行说明。 总结 图4．基于电源电路的输入或输出的分类 🔹我们将输出交流的电路称为“逆变器”，将输出直流的电源电路称为“转换器 🔹开关式稳压器则是转换器中被经常使用的电路方式 🔹开关式稳压器包括降压、升压、升降压等类型 🔹开关式稳压器具有功率的转换效率大体上高的特点，但同时面临着会产生电磁干扰等方面的课题 |
|
|
