開關電源主要類型

更新時間：2024-08-14

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現代開關電源有兩種：一種是直流開關電源；另一種是交流開關電源。這里主要介紹的只是直流開關電源，其功能是將電能質量較差的原生態電源（粗電），如市電電源或蓄電池電源，轉換成滿足設備要求的質量較高的直流電壓（精電）。直流開關電源的核心是DC/DC轉換器。因此直流開關電源的分類是依賴DC/DC轉換器分類的。也就是說，直流開關電源的分類與DC/DC轉換器的分類是基本相同的，DC/DC轉換器的分類基本上就是直流開關電源的分類。

直流DC/DC轉換器按輸入與輸出之間是否有電氣隔離可以分為兩類：一類是有隔離的稱為隔離式DC/DC轉換器；另一類是沒有隔離的稱為非隔離式DC/DC轉換器。

隔離式DC/DC轉換器也可以按有源功率器件的個數來分類。單管的DC/DC轉換器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）兩種。雙管DC/DC轉換器有雙管正激式（DoubleTransistor Forward Converter），雙管反激式（Double Transistor Flyback Converter）、推挽式（Push-Pull Converter）和半橋式（Half-Bridge Converter）四種。四管DC/DC轉換器就是全橋DC/DC轉換器（Full-Bridge Converter）。

開關電源內部結構圖

非隔離式DC/DC轉換器，按有源功率器件的個數，可以分為單管、雙管和四管三類。單管DC/DC轉換器共有六種，即降壓式（Buck）DC/DC轉換器，升壓式（Boost）DC/DC轉換器、升壓降壓式（Buck Boost）DC/DC轉換器、Cuk DC/DC轉換器、Zeta DC/DC轉換器和SEPIC DC/DC轉換器。在這六種單管DC/DC轉換器中，Buck和Boost式DC/DC轉換器是基本的，Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC轉換器是從中派生出來的。雙管DC/DC轉換器有雙管串接的升壓式（Buck-Boost）DC/DC轉換器。四管DC/DC轉換器常用的是全橋DC/DC轉換器（Full-Bridge Converter）。

隔離式DC/DC轉換器在實現輸出與輸入電氣隔離時，通常采用變壓器來實現，由于變壓器具有變壓的功能，所以有利于擴大轉換器的輸出應用范圍，也便于實現不同電壓的多路輸出，或相同電壓的多種輸出。

在功率開關管的電壓和電流定額相同時，轉換器的輸出功率通常與所用開關管的數量成正比。所以開關管數越多，DC/DC轉換器的輸出功率越大，四管式比兩管式輸出功率大一倍，單管式輸出功率只有四管式的1/4。

非隔離式轉換器與隔離式轉換器的組合，可以得到單個轉換器所不具備的一些特性。

按能量的傳輸來分，DC/DC轉換器有單向傳輸和雙向傳輸兩種。具有雙向傳輸功能的DC/DC轉換器，既可以從電源側向負載側傳輸功率，也可以從負載側向電源側傳輸功率。

DC/DC轉換器也可以分為自激式和他控式。借助轉換器本身的正反饋信號實現開關管自持周期性開關的轉換器，叫做自激式轉換器，如洛耶爾（Royer）轉換器就是一種典型的推挽自激式轉換器。他控式DC/DC轉換器中的開關器件控制信號，是由外部專門的控制電路產生的。

開關電源

按照開關管的開關條件，DC/DC轉換器又可以分為硬開關（Hard Switching）和軟開關（Soft Switching）兩種。硬開關DC/DC轉換器的開關器件是在承受電壓或流過電流的情況下，開通或關斷電路的，因此在開通或關斷過程中將會產生較大的交疊損耗，即所謂的開關損耗（Switching loss）。當轉換器的工作狀態一定時開關損耗也是一定的，而且開關頻率越高，開關損耗越大，同時在開關過程中還會激起電路分布電感和寄生電容的振蕩，帶來附加損耗，因此，硬開關DC/DC轉換器的開關頻率不能太高。軟開關DC/DC轉換器的開關管，在開通或關斷過程中，或是加于其上的電壓為零，即零電壓開關（Zero-Voltage-Switching，ZVS），或是通過開關管的電流為零，即零電流開關（Zero-Current·Switching，ZCS）。這種軟開關方式可以顯著地減小開關損耗，以及開關過程中激起的振蕩，使開關頻率可以大幅度提高，為轉換器的小型化和模塊化創造了條件。功率場效應管（MOSFET）是應用較多的開關器件，它有較高的開關速度，但同時也有較大的寄生電容。它關斷時，在外電壓的作用下，其寄生電容充滿電，如果在其開通前不將這一部分電荷放掉，則將消耗于器件內部，這就是容性開通損耗。為了減小或消除這種損耗，功率場效應管宜采用零電壓開通方式（ZVS）。絕緣柵雙極性晶體管（Insulated Gate Bipolar tansistor，IGBT）是一種復合開關器件，關斷時的電流拖尾會導致較大的關斷損耗，如果在關斷前使流過它的電流降到零，則可以顯著地降低開關損耗，因此IGBT宜采用零電流（ZCS