在自然界中20个基本电路图的秘密揭秘开关电源的工作原理
在自然界中，开关电源的秘密：揭秘20个基本电路图中的高频转换装置
导语：开关模式电源(Switch Mode Power Supply，简称SMPS)，又称交换式电源、开关变换器，是一种高频化电能转换装置，是电源供应器的一种。其功能是将一个稳定的输入电压通过不同的架构转换为用户所需的输出电压或输出当前。开关电源的输入多半是交流或直流，而输出通常需要直流，如个人电脑，其作用就是进行两者之间的转换。
与线性电源不同，开关電源利用切換晶體管在全開和全閉模式之間進行切換，這兩個模式都有低耗散特點，只是在轉換之間會有較高耗散，但時間很短，因此相對節省能源，並且產生較少废熱理想上，開關電源本身不消耗能源。輸出壓力的調整則通過調整晶體管導通及斷路時間來實現。
相反地，線性電源在產生輸出壓力時，其晶體管工作於放大區，本身也會消耗能源。開關電源因為其高轉換效率而是一大優點之一，並且由於頻率高，可以使用小尺寸、輕量級的變壓器，因此開關電源比線性電源還要小、重量也輕。如果功率效率、大小和重量是考慮重点时，開關電 源就比線性電 源更好。但是，由於開關頻繁切換，如果未加以處理可能會產生噪聲及干擾其他設備。此外，如果沒有特殊設計，其功率因數可能不佳。
進一步了解它們工作過程，不難看出，在線性操作中，使功率晶體管運行於線性狀態與它們不同的是，用PWM技術控制功率晶片使其運行於打勾和斷路狀態。在這兩種狀態下，加到功率晶片上的伏安乘積非常小（當打勾時，因為低壓、高流；當斷路時，因為高壓、低流）。此外，用斩波技術將輸入直流信號斩成幅值等於輸入信號幅值的脈衝信號，即可達成有效工作方式。
總結來說，与线性调节器相似，但误差放大器驱动前会经过一个脉宽调制单元，这是一个关键区别。此外，有两种主要类型：正激式变换和升压式变换，它们虽然布局细节不同但过程却截然不同，对于特定应用场合各有优点。
最后，让我们深入探讨一下它们如何运作：
首先，将交流输入经过整流滤波成为直流。
接着，以高速PWM信号来控制开关设备，将那一直接接到初级侧。
在次级感应产生了最高频度交流，然后再次经过整流滤波供给负载。
最后，在输出端设计反馈环回控制系统，以调整占空比以保持稳定输出。
此外，对于交流输入，我们还需要过滤掉网络中的干扰，同时减少对网络干扰。对于同样功率的情况来说，更快的开关频率意味着更小体积但是对芯片要求更高。在变压器部分，可以通过调整绕组数量得到所需输出。而为了保护设备安全，还应该增加一些保护措施，比如空载和短路保护等。这确保了我们的电子设备不会因为异常情况而损坏。
