匯總開關(guān)電源中幾個特殊元件

開關(guān)電源電路主要是由熔斷器、熱敏電阻器、互感濾波器、橋式整流電路、濾波電容器、開關(guān)振蕩集成電路、開關(guān)變壓器、光耦合器、三 端穩(wěn)壓器等構(gòu)成的。要想設(shè)計出性能高的開關(guān)電源就必須弄懂、弄通開關(guān)電源中各元器件的類型及主要功能。各種事物都有規(guī)律，而不同類型的開關(guān)電源在組成上都有一些相同的部件。開關(guān)電源(Switching Power Supply)是一種常見的電源轉(zhuǎn)換設(shè)備，用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的輸出電壓。它使用開關(guān)元件和變壓器等組成復(fù)雜的電路。開關(guān)電源的性能和功能由多個關(guān)鍵元器件共同決定而開關(guān)電源的中的特殊元器件又有什么呢?

開關(guān)電源是一種較為復(fù)雜的電子設(shè)備，包含多種元器件，主要有以下幾類：

一、功率開關(guān)器件

MOSFET(金屬 - 氧化物 - 半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)

MOSFET 具有輸入阻抗高、開關(guān)速度快、驅(qū)動功率小等優(yōu)點。在開關(guān)電源中，它作為核心的功率開關(guān)器件，通過控制其導(dǎo)通和截止來實現(xiàn)電壓的變換。例如，在一個降壓型(Buck)開關(guān)電源中，MOSFET 根據(jù)控制信號快速地導(dǎo)通和截止，將輸入的直流電壓斬波成高頻脈沖電壓，再經(jīng)過濾波后得到穩(wěn)定的輸出電壓。

IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)

IGBT 結(jié)合了 MOSFET 和雙極結(jié)型晶體管(BJT)的優(yōu)點，具有高輸入阻抗、低導(dǎo)通壓降和高電流承載能力。它適用于高電壓、大電流的開關(guān)電源應(yīng)用場景，如工業(yè)電源、電機驅(qū)動電源等。當(dāng) IGBT 導(dǎo)通時，能夠承受較大的電流，有效地將電能傳輸?shù)截?fù)載端。

二、整流器件

二極管

普通二極管：在開關(guān)電源中用于整流，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。例如，在電源的輸入級，通過橋式整流電路(由四個二極管組成)把輸入的交流電壓整流成脈動直流電壓。普通二極管還可用于續(xù)流，在功率開關(guān)器件關(guān)斷時，為電感中的電流提供續(xù)流通路，防止電感兩端產(chǎn)生過高的電壓。

快恢復(fù)二極管：這種二極管具有較短的反向恢復(fù)時間，能夠快速地從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換為截止?fàn)顟B(tài)，減少反向恢復(fù)過程中的能量損耗和電壓尖峰。在高頻開關(guān)電源中，快恢復(fù)二極管被廣泛應(yīng)用于整流和續(xù)流電路，以適應(yīng)高頻開關(guān)動作的要求。

肖特基二極管：肖特基二極管的正向?qū)▔航递^低，開關(guān)速度極快，適用于低壓、大電流的整流場合。在一些輸出電壓較低的開關(guān)電源中，肖特基二極管可以作為輸出整流器件，有效地降低整流損耗，提高電源的轉(zhuǎn)換效率。

三、濾波器件

電容

電解電容：電解電容容量較大，通常用于濾波和儲能。在開關(guān)電源的輸入和輸出端，電解電容可以濾除電源中的低頻紋波，使輸出電壓更加平滑。例如，在一個簡單的線性穩(wěn)壓電源的輸出端，電解電容可以存儲電荷，在負(fù)載電流變化時釋放或吸收電荷，維持輸出電壓的穩(wěn)定。

陶瓷電容：陶瓷電容具有高頻特性好、體積小等優(yōu)點。它主要用于濾除高頻雜波，在開關(guān)電源的控制電路和高頻變壓器周圍，陶瓷電容可以有效地抑制高頻噪聲，防止電磁干擾(EMI)。例如，在一個開關(guān)電源的反饋控制電路中，陶瓷電容與電阻組成濾波網(wǎng)絡(luò)，對反饋信號進行濾波，提高控制電路的穩(wěn)定性。

薄膜電容：薄膜電容的絕緣性能好、耐壓高、損耗角正切值低，適用于高精度、高穩(wěn)定性的濾波和耦合電路。在一些要求較高的開關(guān)電源中，薄膜電容可用于輸入濾波、輸出濾波或作為諧振電容，以提高電源的性能和可靠性。

電感

功率電感：功率電感在開關(guān)電源中起著儲能和濾波的作用。在開關(guān)電源的降壓(Buck)或升壓(Boost)電路中，功率電感與功率開關(guān)器件和電容配合，通過電感的儲能和釋能過程，實現(xiàn)電壓的升降。例如，在一個 Boost 升壓電路中，當(dāng)功率開關(guān)器件導(dǎo)通時，電流流過電感，電感儲存能量;當(dāng)開關(guān)器件關(guān)斷時，電感釋放能量，與輸入電壓疊加后輸出，從而提高輸出電壓。

共模電感：共模電感主要用于抑制共模干擾。在開關(guān)電源的輸入和輸出線路中，共模電感可以有效地抑制線路上的共模噪聲，防止電磁干擾影響其他電子設(shè)備或被其他設(shè)備干擾。例如，在一個帶有 USB 接口的開關(guān)電源中，共模電感可以防止 USB 線路上的共模噪聲對外部設(shè)備造成干擾。

四、控制芯片和集成電路

PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制器

PWM 控制器是開關(guān)電源的核心控制部件，它通過調(diào)節(jié)脈沖寬度來控制功率開關(guān)器件的導(dǎo)通和截止時間，從而實現(xiàn)對輸出電壓的精確控制。例如，在一個反激式(Flyback)開關(guān)電源中，PWM 控制器根據(jù)輸出電壓反饋信號，調(diào)整輸出到功率開關(guān)器件的脈沖寬度，使輸出電壓保持穩(wěn)定。PWM 控制器還可以實現(xiàn)過壓保護、欠壓保護、過流保護等多種保護功能，提高電源的可靠性。

運算放大器

運算放大器在開關(guān)電源的反饋控制電路中起著重要作用。它可以對反饋信號進行放大、比較和運算，將輸出電壓的變化信息傳遞給 PWM 控制器。例如，在一個線性穩(wěn)壓電源的反饋控制電路中，運算放大器將輸出電壓與參考電壓進行比較，輸出誤差信號，該誤差信號經(jīng)過放大后驅(qū)動調(diào)整管，使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定值附近。運算放大器還可以用于電流檢測、溫度補償?shù)入娐罚岣唠娫吹男阅芎头€(wěn)定性。

光耦合器

光耦合器用于實現(xiàn)電氣隔離和信號傳輸。在開關(guān)電源中，它可以將輸出電壓的反饋信號通過光信號的形式傳輸?shù)娇刂齐娐返妮斎攵耍行У馗綦x了輸入和輸出電路之間的電氣連接，提高了電源的安全性和抗干擾能力。例如，在一個帶有隔離功能的開關(guān)電源中，光耦合器將輸出端的反饋信號傳遞給初級側(cè)的控制芯片，同時避免了輸出端的高壓對初級側(cè)電路造成損壞。

五、其他元器件

變壓器

高頻變壓器：在開關(guān)電源中，高頻變壓器起著能量傳遞、電壓變換和電氣隔離的作用。它可以將輸入電壓升高或降低到所需的輸出電壓，同時隔離輸入和輸出電路，提高電源的安全性。例如，在一個正激式(Forward)開關(guān)電源中，高頻變壓器根據(jù)初級和次級繞組的匝數(shù)比，將輸入的直流電壓變換為合適的輸出電壓。高頻變壓器的性能直接影響開關(guān)電源的效率、輸出電壓精度和電磁兼容性等方面。

低頻變壓器(如有)：在一些特殊的開關(guān)電源設(shè)計中，可能會用到低頻變壓器。例如，在帶有電網(wǎng)隔離功能的電源輸入級，低頻變壓器可以將電網(wǎng)電壓降低到合適的交流電壓，然后再進行整流和后續(xù)的開關(guān)電源變換。

電阻

普通電阻：用于限流、分壓和作為負(fù)載。在開關(guān)電源的控制電路和保護電路中，普通電阻可以限制電流的大小，防止電路元件因過流而損壞。例如，在一個電流檢測電路中，通過串聯(lián)一個小電阻，將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后進行檢測和處理。普通電阻還可以與電容組成濾波電路，對信號進行濾波。

熱敏電阻：熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化。在開關(guān)電源中，熱敏電阻可用于溫度補償和過溫保護。例如，在一些功率較大的開關(guān)電源中，將熱敏電阻安裝在功率器件附近，當(dāng)溫度升高時，熱敏電阻的阻值發(fā)生變化，通過相應(yīng)的控制電路，可以降低功率器件的工作電流，防止其因過熱而損壞。

保險絲

保險絲是一種過流保護元件。當(dāng)開關(guān)電源的輸入或輸出電流超過保險絲的額定電流時，保險絲熔斷，切斷電路，從而保護電源和負(fù)載免受過大電流的損壞。例如，在一個電源的輸入線路中，安裝合適額定電流的保險絲，當(dāng)電源內(nèi)部發(fā)生短路等故障導(dǎo)致電流過大時，保險絲會迅速熔斷，避免故障進一步擴大。