開關電源用於將輸入電壓轉換為設備內部元件所需的值。已廣泛使用的脈衝源的另一個名稱是逆變器。
這是什麼？
逆變器是二次電源，使用交流輸入電壓的雙重轉換。輸出參數的值通過改變脈衝的持續時間（寬度）以及在某些情況下的重複頻率來調節。這種類型的調製稱為脈衝寬度調製。
開關電源的工作原理
逆變器的運行是基於初級電壓的整流並將其進一步轉換為一系列高頻脈衝。在這一點上，它不同於傳統的變壓器。模塊的輸出電壓用於形成負反饋信號，允許您調整脈衝的參數。通過控制脈衝寬度，可以輕鬆組織輸出參數、電壓或電流的穩定和調整。也就是說，它既可以是穩壓器，也可以是電流穩定器。
根據開關電源的工作方式，輸出值的數量和極性可能會有很大差異。
各種電源
已經使用了幾種類型的逆變器，它們的構造方案不同：
- 無變壓器；
- 變壓器。
第一個不同之處在於脈衝序列直接進入輸出整流器和設備的平滑濾波器。這種方案具有最少的組件。一個簡單的逆變器包括一個專門的集成電路——一個脈衝寬度發生器。
在無變壓器設備的缺點中，主要的一個是它們與電源沒有電流隔離，可能會造成觸電風險。此外，它們通常功率低，僅提供 1 個輸出電壓。
更常見的是變壓器設備，其中高頻脈衝序列被饋送到變壓器的初級繞組。可以有任意數量的次級繞組，這樣您就可以產生多個輸出電壓。每個次級繞組都裝有自己的整流器和平滑濾波器。
任何計算機的強大開關電源都是按照可靠性和安全性高的方案構建的。對於反饋信號，這裡使用 5 或 12 伏的電壓，因為這些值需要最精確的穩定。
使用變壓器來轉換高頻電壓（幾十千赫而不是 50 赫茲）使得它們的尺寸和重量可以減少很多倍，並且可以不使用電鐵，而是使用具有高矯頑力的鐵磁材料作為核心材料（磁路）。
直流轉換器也是建立在脈寬調製的基礎上的。如果不使用逆變器電路，轉換會帶來很大的困難。
電源方案
脈沖轉換器最常見配置的電路包括：
- 網絡噪聲抑制濾波器；
- 整流器；
- 平滑濾波器；
- 脈寬轉換器；
- 關鍵晶體管；
- 輸出高頻變壓器；
- 輸出整流器；
- 輸出個人和組過濾器。
噪聲抑制濾波器的目的是延遲從設備運行到電源的干擾。開關功率半導體元件可能伴隨著在寬頻率範圍內產生短期脈衝。因此，這裡有必要使用為此目的專門設計的元件作為濾波單元的饋通電容器。
整流器用於將輸入交流電壓轉換為直流，下一個平滑濾波器消除整流電壓的紋波。
在使用 DC/DC 轉換器的情況下，不需要整流器和濾波器，輸入信號通過噪聲濾波器電路後，直接饋入脈寬轉換器（調製器），簡稱 PWM。
PWM是開關電源電路中最複雜的部分。其任務包括：
- 產生高頻脈衝；
- 根據反饋信號控制模塊的輸出參數和校正脈衝序列；
- 控制和過載保護。
PWM 信號被饋送到連接在橋式或半橋式電路中的強大關鍵晶體管的控制輸出。晶體管的功率輸出加載在高頻輸出變壓器的初級繞組上。代替傳統的雙極晶體管，使用了 IGBT 或 MOSFET 晶體管，其特點是結點電壓降低，速度快。改進的晶體管參數有助於在相同尺寸和技術設計參數的情況下降低功耗。
輸出脈衝變壓器採用與經典變壓器相同的轉換原理。一個例外是工作頻率更高。結果，具有相同發射功率的高頻變壓器具有更小的尺寸。
來自電源變壓器（可能有多個）次級繞組的電壓提供給輸出整流器。與輸入整流器不同，次級電路的整流二極管必須具有更高的工作頻率。肖特基二極管在這部分電路中工作得最好。它們相對於傳統的優勢：
- 工作頻率高；
- p-n結電容減小；
- 電壓降小。
開關電源輸出濾波器的目的是將整流輸出電壓的紋波降低到要求的最小值。由於紋波頻率遠高於市電電壓，因此不需要大電容值和線圈電感。
開關電源適用範圍
大多數情況下使用開關電壓轉換器代替帶有半導體穩壓器的傳統變壓器。在相同功率的情況下，逆變器的整體尺寸和重量更小，可靠性更高，最重要的是 - 更高的效率和在寬輸入電壓範圍內工作的能力。並且在尺寸可比的情況下，逆變器的最大功率要高出數倍。
在直流電壓轉換等領域，脈衝源幾乎沒有替代替代品，它不僅可以降低電壓，還可以產生升高的電壓，以組織極性變化。高轉換頻率極大地方便了輸出參數的濾波和穩定。
基於專用集成電路的小型逆變器被用作各種小工具的充電器，其可靠性使得充電單元的使用壽命可以超過移動設備的工作時間數倍。
用於打開 LED 光源的 12 伏電源驅動器也是根據脈衝電路構建的。
如何用自己的雙手製作開關電源
逆變器，尤其是功能強大的逆變器，具有復雜的電路，只能由經驗豐富的無線電愛好者重複使用。對於網絡電源的自組裝，我們可以推薦使用專用PWM控制器芯片的簡單低功耗電路。此類 IC 具有少量的捆綁元件，並且已證明是典型的開關電路，實際上不需要調整和調諧。
在使用自製結構或維修工業設備時，必須記住部分電路將始終處於網絡的電位，因此必須遵守安全措施。
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