交換式電源供應器原理入門(二)

wish

上一篇我們簡介了串聯式電源供應器與切換式電源供應器的不同，也要大家記住什麼是反電動勢及為什麼會有反電動勢，這一篇我們來簡介切換式電源供應器的三大類型。

一、降壓型
二、昇壓型
三、極性反轉型

我們在使用或設計電源供應器最常用到的就是第一種，筆電的電源供應器就是降壓型的，ATX電源供應器當然也是降壓型的，以ATX電源當例子，舊文說已提過多次，110V經過橋式整流後在那兩個大電容上各有150V的電壓，所以串聯起來一共有300V，但是我們電腦只用到12V、5V、3.3V....，所以我們稱它是降壓型的電源供應器，總之，輸出電壓比輸入電壓低，這就可以稱為降壓型，然而它是怎麼做出來的？我們來看一下我畫的一張簡圖︰



這張圖跟上一篇基本上是一樣的，只是多了一個二極體，當圖中的SW開闢為ON的時候，Vin的電流通過SW到A點，然後通過L電感到達B點(綠色箭頭線)，最後向C電容器充電，此時L亦充滿磁能。

我們先在這裡停一下，大家想一想此時如果放任SW在ON的位置，那B點的電壓應該是多少？是Vin對吧！因為電感在直流電路中是視同短路的(或者是說L的直流阻抗是零)，但是這樣的話Vin會等於Vout，也就是它並不會降壓，所以電路設計者會控制讓B點電流向C電容充電的時間，讓C電容到達我們要的電壓值時就斷開SW開關(也就是不讓它C電容充電到Vin的電壓值)。

這時我們在這裡再停一下，當SW開關由ON轉為OFF的瞬間，電流並不是立即中斷，因為此時充滿磁能的L電感會釋放剛剛充滿的磁能(這個磁能就是上一篇所提的反電動勢)。接著這個磁能會從L電感經過B點，再經過C電容從D二極體以橙色箭頭線的路徑向C電容充電，當然這時候就是電壓下降的時間，我們只要在B點電壓下降到某一程度時就再度把SW開關切為ON，也就又有電流向C電容充電(綠色箭頭線)，B點電壓自然又昇高，只要SW開關這樣反覆切換，那就可以達到我們要降壓的要求。

我們再看下面一張波型圖︰



圖二就是當我們把SW開關反覆切換，在A點產生的波形圖，圖三就是當A點產生切換波形時，B點對應產生的波形，值得一提的是D二極體，它在電路中擔任的工作叫做 Fly wheel(飛輪)，是的，照著字面翻譯真的就叫做飛輪二極體，這支二極體只有L電感釋放反電動勢時才有作用，而且它的切換速度是非常快的，一般的二極體是不能用的，要用快速二極體或蕭特基二極體才跟的上。

另外C電容也是一個問題，如果大家去下載各大電容廠商的電容器資料，你會發現電解電容器是有頻率限制的，用了不適合的電解電容器會產生高熱及雜訊變大，這點我以前有講過，大家看一下舊文即可。

看完這篇後應該知道，原來控制ON的時間就可以控制對C電容充電的時間，而控制對C電容充電的時間就可以控制電壓的高低。這一點初學者千萬不要忘記，下一篇我們來探討昇壓型的電路。

逃兵

這邊，我們可以看到幾個問題。
1.切換開關的頻率。
2.ripple
3. 當你的 output 大跟小, 會不會有什麼改變？也就是你所接的負載。
這些是可以讓大家看完後進行討論的。

s10274chen

ripple應該與充放電的時間、電容的容值有關，與一般的整流後的濾波電路有點類似。
負載越大（負載阻抗越小），電流就大，電容、電感放電的速度也就加快了。
我們可以控制開關的duty cycle來改善問題點。

cnpan

高工作頻率可減小元件,但開關會有工作頻率限制.
RIPPLE與電感,電容的大小及輸出電流大小相關.
power supply 的 TL494 是在設定固的的工作頻率下,藉輸出電壓的信號去控制開關的duty cycle來控制輸出電壓.

rex560810

:sam10
B點電壓上升圖形是不是微凹向上?
B點電壓下降圖形是不是微凹向下?

ilsobeit

回復 1# wish


請教一下大大，
把電感拿掉直接短路，產生的輸出電壓也是一樣的波形，
所以電感在這裏的作用，是穩流用嗎?? 謝謝

wish

回復 6# ilsobeit

請再重看一次，文中已經清楚交待L的功用及工作情形，短路L的話，L既無法儲存及釋放磁能(也就是無法提供反電動勢)。

港都狼仔

對於開關來說，因為元件非理想，導通及關閉時間會有延遲，交換頻率越高，其開關造成的交換損失也越高
另外電路運作時，除輸出外也會對電源側(輸入端)洩漏交換雜訊，所以必要時也要在前端加上LC濾波電路

ilsobeit

謝謝大大的解釋，這篇文章已看了五遍有了~~
當開關斷的時後，電感會有反電動勢產生這我了解，
不過此時就換電容提供輸出電壓，開始放電，
而電感我記得是限制電流急速變化的功用，
才會問說是不是穩流~~
因為開關斷的時後，電容正端的電流原本是流進的，要變成流出而提供輸出電流，
應該會瞬間會造成輸出電流是零，
加上電感的話，由電感來補這一段空缺，就好比是穩流~~
不知道這樣子想對不對

港都狼仔

流過電感的電流不能急變，的確有鎮流/穩流的能力，這裡電感主要是開關在關閉區間時，經由二極體構成迴路來釋放由磁能轉回的電能，電容此時也扮演儲能釋放維持輸出的角色

antlu

請板主再接再厲補上第三篇 Orz....

pemit

光用看的就覺得好透徹, 仔細推敲之後更是一片光明
已前用死背的東西, 通過實際的線路講解再加上一些維修的經驗
馬上讓死的東西在腦袋裡活了起來. 期待下一篇囉~

umaga

所以要決定輸出的電壓，是取決於開關的頻率跟電感量和電容量是嗎???
wish大可不可以舉個實例~用何種開關~以電感量跟電容量計算出實際的輸出電壓?
如果依照上圖，是不是可將一般單電源輸出的電源供應器，作降壓輸出呢?