电子电路 - SMPS
到目前为止讨论的主题代表了电源单元的不同部分。所有这些部分共同构成了线性电源。这是从输入交流电源中获取直流电的传统方法。
线性电源
线性电源 (LPS) 是一种稳压电源，它在串联电阻中散发大量热量以调节输出电压，具有低纹波和低噪声。这种 LPS 有许多应用。
线性电源需要更大的半导体器件来调节输出电压，并产生更多热量，从而降低能效。线性电源的瞬态响应时间比其他电源快 100 倍，这在某些专业领域非常重要。
LPS 的优点
- 电源连续。
- 电路简单。
- 这些是可靠的系统。
- 该系统动态响应负载变化。
- 改变电路电阻以调节输出电压。
- 由于组件在线性区域运行，因此噪声很低。
- 输出电压的纹波非常低。
LPS 的缺点
- 使用的变压器更重、更大。
- 散热更多。
- 线性电源的效率为 40% 至 50%
- 在 LPS 电路中，功率以热量的形式浪费。
- 获得单一输出电压。
我们已经了解了线性电源的不同部分。线性电源的框图如下图所示。
尽管存在上述缺点，线性电源仍广泛用于低噪声放大器、测试设备、控制电路。此外，它们还用于数据采集和信号处理。
所有需要简单调节且效率不是问题的电源系统都使用 LPS 电路。由于电噪声较低，LPS 用于为敏感的模拟电路供电。但为了克服线性电源系统的缺点，人们使用了开关电源 (SMPS)。
开关电源 (SMPS)
LPS 的缺点，例如效率较低、需要大电容来减少纹波、变压器笨重且昂贵等，都可以通过实施开关电源来克服。
只要知道 LPS 中使用的晶体管用于控制压降，而 SMPS 中的晶体管用作受控开关，就可以简单地理解 SMPS 的工作原理。
工作原理
可以通过下图了解 SMPS 的工作原理。
让我们试着了解发生了什么在 SMPS 电路的每个阶段。
输入级
50 Hz 交流输入电源信号直接提供给整流器和滤波电路组合，无需使用任何变压器。此输出将具有许多变化，并且电容器的电容值应更高以处理输入波动。此未调节的直流电提供给 SMPS 的中央开关部分。
开关部分
此部分使用快速开关设备（例如功率晶体管或 MOSFET），根据变化打开和关闭，此输出提供给此部分中的变压器的初级。这里使用的变压器比用于 60 Hz 电源的变压器小得多，也轻得多。这些变压器效率更高，因此功率转换率更高。
输出级
来自开关部分的输出信号再次经过整流和滤波，以获得所需的直流电压。这是一个调节后的输出电压，然后提供给控制电路，即反馈电路。考虑反馈信号后，可获得最终输出。
控制单元</h3>
该单元是具有多个部分的反馈电路。让我们从下图中清楚地了解这一点。
上图解释了控制单元的内部部件。输出传感器感应信号并将其连接到控制单元。信号与其他部分隔离，因此任何突然的尖峰都不会影响电路。参考电压作为一个输入与信号一起提供给误差放大器，误差放大器是一个比较器，用于将信号与所需信号电平进行比较。
通过控制斩波频率，可以保持最终电压水平。这是通过比较提供给误差放大器的输入来控制的，误差放大器的输出有助于决定是增加还是减少斩波频率。 PWM 振荡器产生固定频率的标准 PWM 波。
通过查看下图，我们可以更好地了解 SMPS 的完整功能。
SMPS 主要用于电压切换根本不是问题且系统效率真正重要的场合。关于 SMPS，有几点需要注意。它们是
SMPS 电路通过开关操作，因此电压不断变化。
开关设备在饱和或截止模式下工作。
输出电压由反馈电路的开关时间控制。
通过调整占空比来调整开关时间。
SMPS 的效率很高，因为它不会将多余的功率以热量的形式耗散，而是不断切换输入以控制输出。
缺点
SMPS 的缺点很少，例如
- 由于高频开关，存在噪声。
- 电路复杂。
- 它会产生电磁干扰。
优点
SMPS 的优点包括：
- 效率高达 80% 至 90%
- 发热量更少；电力浪费更少。
- 减少谐波反馈到供电干线。
- 设备紧凑、体积小。
- 制造成本降低。
- 提供所需数量的电压。
应用
SMPS 的应用非常广泛。它们用于计算机主板、手机充电器、高压直流测量、电池充电器、中央配电、机动车、消费电子产品、笔记本电脑、安全系统、空间站等。
SMPS 的类型
SMPS 是开关电源电路，旨在从未调节的直流或交流电压中获得调节的直流输出电压。SMPS 主要有四种类型，例如
- 直流到直流转换器
- 交流到直流转换器
- 反激式转换器
- 正激式转换器
输入部分的交流到直流转换部分决定了交流到直流转换器和直流到直流转换器之间的区别。反激式转换器用于低功率应用。SMPS 类型中还有降压转换器和升压转换器，它们根据要求降低或增加输出电压。其他类型的 SMPS 包括自振荡反激式转换器、降压-升压转换器、Cuk、Sepic 等。
