什么是交流功率变换

功率变换器是一种可以将某种电流转换为其他类型电流的电子设备。既有直流功率变换也有交流功率变换。功率变换器利用电表只对带有“钨丝”的发热的电阻性的用电器限定了瓦数的漏洞，而制作出来的产品。降压转换器功率级是DC-DC开关电源的核心部件，负责将高电压转换为低电压，主要由功率开关(如MOSFET)、电感、电容和续流二极管组成。其核心功能是通过周期性开关功率开关，控制电感储能与释放能量，从而稳定输出电压。为防止大功率电器引发火灾，多所高校发布“限电令”，设置宿舍最高用电功率及最高总功率。学生们的洗衣机、空调扇、吹风机遇到学校限电令，这些电器功率多超出限电范围，以至于无法使用。于是一款“学生宿舍专用”的功率转换器因此热卖起来。

‌功率开关‌：通常采用MOSFET或IGBT等半导体器件，负责周期性导通与关断，控制电感充电和放电。 ‌电感‌：储存能量并平滑电流脉动，其值直接影响输出电压稳定性和效率。 ‌电容‌：滤除输出电压纹波，维持负载电流连续性。 ‌13‌续流二极管‌：在开关关断时为电感提供放电路径，防止电流倒灌。电表只对带有“钨丝”的发热的电阻性的用电器限定了瓦数，其它的用电器，如电脑，台灯等没有“钨丝”这种发热的电阻性的用电器，电表是没有瓦数限制的。“功率转换器”就是利用了电表在设计上的这个漏洞，把自己伪装成一个像“电脑”这种没有“钨丝”发热的电阻性的用电器。

功率级通过PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关的导通时间(占空比)，实现电压转换。当开关导通时，电感充电;关断时，电感通过二极管放电，电容释放能量补充负载电流，维持输出电压稳定。 电感值需平衡输出纹波、效率与成本，过大或过小均会导致过热或振铃现象。 ‌4需确保电感电流纹波不超过元件饱和电流，避免损坏。 ‌4占空比计算公式为：占空比 = 输出电压 / 输入电压，直接影响转换效率与稳定性。 ‌

在SMPS设计中，常见的一种灾难性错误就是在选择功率电感时忽略了电流饱和额定值。当流经电感的电流超过饱和电流额定值时，电感器铁芯饱和，这意味着产生的磁场将不再与消耗的 电流成比例地增加。这会破坏伏秒平衡定律，导致电感电流纹波和输出电压纹波失去线性特性。当铁芯饱和时，电感值会迅速降低，其行为更像电阻而不是电感。由于电感器的有效串 联电阻(ESR)增加，而实际电感减小，因此，为了满足伏特秒平衡，电流变化量将被迫增加。在饱和电流波形中观测到尖峰是电流斜率呈指数增加造成的，如图4所示。该电流尖峰会影响输 出电压，从而导致更多噪声和电压尖峰，如图5所示。如果电压尖峰过大，超过下游元件的最大电压额定值，噪声和电压尖峰可能会损坏下游元件，并降低EMI性能。降压转换器是一种普遍存在的 DC-DC 转换器，可高效地将高电压转换为低电压。高效的电源转换可延长电池寿命、减少热量并允许构建更小的设备。降压转换器可用于许多很酷的应用。本文简要介绍了降压转换器，涵盖了降压转换器电路(及其同类半桥)的一些很酷的应用，并提供了资源链接，感兴趣的读者可以在其中了解有关在其设计中使用的特定芯片的更多信息。

每个人都希望他们的智能手机、平板电脑或便携式电池组能够快速充电，而不会加热便携式设备。同步降压转换器是实现此目的的最佳方法。通常，移动设备的充电端口是微型 USB 端口。它接受稳压 5V。充电电路位于移动设备的内部，通常是降压转换器。一些降压控制器具有内置电池控制器智能功能，例如Linear Technology 的这款芯片。

高效地将高电压转换为低电压是降压转换器的强项。有许多产品可以通过更高电压的太阳能电池板为电池充电。该太阳能充电器具有其他降压转换器所没有的功能，称为最大功率点跟踪。太阳能电池具有非线性电流-电压曲线。太阳能充电器通常是带有微控制器控制的降压转换器。微控制器告诉降压转换器通过改变负载电流来汲取最大电量，以便在尽可能短的时间内为电池充电。一些降压转换器具有内置最大功率点跟踪和锂电池充电器智能功能，例如 Linear Technology 的LT3652 。

在脉宽调制器 (PWM) 导通期间，电流通过绿色箭头路径从输入电容器通过开关晶体管流向电感器。当 PWM 关闭时，电流继续通过粉红色箭头路径流过电感器。这意味着输出具有连续流动的电流。输入有一个高频电流，在每个周期内打开和关闭。功率级布局最重要的部分是减少高频环路。上图中的蓝色箭头反映了这一点。在晶体管导通期间，电流短暂地通过二极管 D1 流向地。在此期间，如果输入电容器的位置不靠近，那么这种大电流浪涌可能会导致一些设计问题。

确保电源走线或电源层足够宽以处理电源电流。一般来说，除开关节点外，电源平面应尽可能大。开关节点具有高 dV/dt 信号，可以耦合到 PCB 布局的其他部分，因此最小化表面积是一种很好的做法。使用过孔连接不同层上的电源层。一个简单的经验法则是每个通孔(10 密耳钻孔)的电流不超过 1A。如果您创建一个与 PCB 大小相同的大型连续接地层，这有助于减少噪声和高频环路。

使用升压转换器用于从较低的输入电压产生较高的输出电压。您可以将用于降压转换器的相同过程应用于升压转换器，以识别关键路径和环路。

在 PWM 开启期间，电流从输入通过电感器流向开关晶体管(绿色箭头)。能量在 PWM 开启期间在电感器中积累，然后在 PWM 关闭期间转移到输出端。现在电流跟随粉红色箭头并从输入流向输出。这意味着输入侧的电流是连续的。输出端的电流是高频开关电流。为尽量减少高频噪声，请尽可能缩短以蓝色显示的环路。

在晶体管导通期间，电流仅从输出端短暂地通过二极管流向地。该电流如果没有被输出电容器正确旁路，可能会导致电源设计出现问题。您用于降压转换器的相同通用布局技术也可以应用于升压。最小化开关节点面积并使用多个过孔连接到接地层。

当输入电压可以高于或低于输出电压时使用 SEPIC 转换器。这种类型的电源可以在输入低于输出时升压，或者在输入高于输出时降压。该电路使用两个电感或一个耦合电感。

可以将某种电流转换为其他类型电流的电子设备功率变换器是一种可以将某种电流转换为其他类型电流的电子设备。既有直流功率变换也有交流功率变换。功率变换器利用电表只对带有“钨丝”的发热的电阻性的用电器限定了瓦数的漏洞，而制作出来的产品。

为防止大功率电器引发火灾，多所高校发布“限电令”，设置宿舍最高用电功率及最高总功率。学生们的洗衣机、空调扇、吹风机遇到学校限电令，这些电器功率多超出限电范围，以至于无法使用。于是一款“学生宿舍专用”的功率转换器因此热卖起来。电表只对带有“钨丝”的发热的电阻性的用电器限定了瓦数，其它的用电器，如电脑，台灯等没有“钨丝”这种发热的电阻性的用电器，电表是没有瓦数限制的。“功率转换器”就是利用了电表在设计上的这个漏洞，把自己伪装成一个像“电脑”这种没有“钨丝”发热的电阻性的用电器。

使用过程中不要长时间负载，大功率电器可能因疏忽带来安全隐患。若不用时，请拔下插头。请尽可能少的使用大功率电器，考虑一下脆弱的学校供电系统，也可以减少不必要的安全隐患!1、所接电器的功率总和不得超过额定功率。2、使用时严禁捆扎导线，以免异常过热。3、使用过程中注意不要堵住散热孔。