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镁合金微弧氧化电源

开关电源原理是什么？

时间：2023-07-04 01:52:02 点击：13330次

2021 常见的笔记本电源和手机充电器就是开关电源的实例。最简单的开关电源电路可能是电蚊拍、LED手电、电棍和荧光灯管的应急灯里面的电路。俺有一个很古老的声压计，它里面也有开关电源。

其实这个问题是可以用电路仿真的例子来部分解答的。

开关电源（Switch Mode Power Supply，簡稱SMPS），又稱交換式電源、开关变换器，是一种高频化电能转换装置。其功能是将一個電壓，透過不同形式的架構轉換為用戶端所需求的電壓或電流。开关电源的輸入多半是市電或是直流電，輸出多半是需要直流的設備，如电脑。

开关电源的基本原理就是磁场和/或电场能量之間的轉換。

开关电源不同於线性电源，常见的开关电源利用半导体的全開模式（饱和区）及全閉模式（截止区）有低耗散的特點，比較節省能源，產熱少。如果需要稳压，是透過調整半导体的通及斷路時間來达到。相反，非低压差的线性電源功率管工作在放大区，压降相对比较大，更多電能变成热耗散。

开关电源的高轉換效率是最大优点，同时因為开关频率高，可以用小尺寸、輕量的储能电感包括变压器，开关电源尺寸更小，重量更轻。不但减少能耗，更加可以为厂家和国家节省自然资源，例如铜、铁、铝甚至石油......

利用电感和电容的工作特点，开关电源既可以升压也可以降压。单电池LED手电是一个简单的实例。

俺还可以举一个 ZVS 谐振开关的仿真实例。逆变器其实也可以算是开关电源的范畴。

逆变器（又称反流器、反用换流器；Inverter）是一个利用电路将直流电（DC）变换成交流电（AC）的器件，目的与整流器相反（AC转DC）.

抽象来看，逆变器就是把相对恒定的直流电通过电路的调制（自激或者它激振荡）输送给电感然后通过互感传输到负载的一个过程。也就是（相对）恒定电场能量转换成交变电场能量再转换成磁场能量再转换成交变电场能量的过程。

前面说到半导体当开关，其实历史上也有机械式的开关电源，用在很早期的汽车上，如果您去翻找资料的话。另外还有电子管的开关电源，只不过很少见罢了。

飞机上的交流电是美国的标准， 400Hz AC 115Vrms, 如果要供给普通用户的 50/60Hz 插座就需要变频。轮船/邮轮/渡轮上也是这样的应用场合。汽车上的 12/24V 要供给笔记本电脑也需要类似的转换。

跑题了。说回电路。哦对了，电蚊拍。

关于 LTspice 的一些读物

SPICE Using OrCAD PSPICE, WINSPICE or LTSPICE

这是 Dr. Lynn Fuller 博士撰写的长达 70 页的介绍，读一下绝对有收获。

http://people.rit.edu/lffeee/SPICE_OrCAD_WinSPICE_Fuller.pdf https://vdocuments.site/spice-orcad-winspice-rit-peoplepeopleritedulffeeespiceorcadwinspicefullerpdf2-9-2010.html https://docplayer.net/62762097-Spice-using-orcad-pspice-winspice-or-ltspice.html

『非法捕鱼』的电鱼机就是一个典型的例子。

** 别小看上面图中的电灯泡，它是一个 PTC, 如果您喜欢高大上有比格的名词。

比格高一些的就用上集成电路了

经典的 500瓦 UPS 电原理图以及其他瓦数的 UPS / 逆变器电路图

“原理是什么”

这个需要从欧姆定律、电工原理、晶体管电路（模拟和开关电路）的知识，以及其他相关的大量内容，恐怕一个帖子说不完。

不如您先从安装一个免费的电路仿真软件开始吧。。

LTspice

LTspice®是一款高性能 SPICE 仿真软件、电路图捕获和波形观测器，并为简化模拟电路的仿真提供了改进和模型。LTspice 的下载内容中包括了用于大多数 Analog Devices 开关稳压器、放大器的宏模型，以及用于一般电路仿真的器件库。

LTspice | 设计资源 | 亚德诺半导体www.analog.com/cn/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html

【** 注：Linear Technology 已经被 ADI 吞并】

LTspice IV 是一款高性能 Spice III 仿真器、电路图捕获和波形观测器，并为简化开关稳压器的仿真提供了改进和模型。我们对 Spice 所做的改进使得开关稳压器的仿真速度极快，较之标准的 Spice 仿真器有了大幅度的提高，从而令用户只需区区几分钟便可完成大多数开关稳压器的波形观测。这里可下载的内容包括用于 80% 的凌力尔特开关稳压器的 Spice 和 Macro Model，200 多种运算放大器模型以及电阻器、晶体管和 MOSFET 模型。

Dr. Lynn Fuller 博士撰写的长达 70 页的介绍，读一下绝对有收获。

http://people.rit.edu/lffeee/SPICE_OrCAD_WinSPICE_Fuller.pdf

LTspice 仿真简单的三极管低压 ZVS

仿真模型

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然后用 LTSPICE 打开这个 “.asc” 文件，如果有乱码，麻烦您自己改一下。

Version 4 SHEET 1 880 680 WIRE -1248 -352 -1376 -352 WIRE -1200 -352 -1248 -352 WIRE -1072 -352 -1200 -352 WIRE -800 -352 -992 -352 WIRE -1376 -288 -1376 -352 WIRE -1200 -240 -1200 -352 WIRE -1248 -208 -1248 -352 WIRE -1120 -192 -1136 -192 WIRE -992 -192 -1056 -192 WIRE -1376 -144 -1376 -208 WIRE -992 -128 -992 -192 WIRE -992 -128 -1024 -128 WIRE -848 -128 -992 -128 WIRE -752 -128 -848 -128 WIRE -1200 -80 -1200 -160 WIRE -1200 -80 -1280 -80 WIRE -1152 -80 -1200 -80 WIRE -1088 -80 -1152 -80 WIRE -752 -80 -752 -128 WIRE -1280 -48 -1280 -80 WIRE -640 -48 -704 -48 WIRE -848 0 -848 -128 WIRE -704 0 -704 -48 WIRE -640 0 -640 -48 WIRE -800 32 -800 -352 WIRE -752 32 -752 0 WIRE -752 32 -800 32 WIRE -1280 64 -1280 16 WIRE -1280 64 -1392 64 WIRE -1024 64 -1024 -32 WIRE -1024 64 -1280 64 WIRE -752 64 -752 32 WIRE -1392 96 -1392 64 WIRE -1280 96 -1280 64 WIRE -704 112 -704 80 WIRE -640 112 -640 80 WIRE -640 112 -704 112 WIRE -1024 128 -1024 64 WIRE -640 144 -640 112 WIRE -1280 176 -1280 160 WIRE -1248 176 -1248 -128 WIRE -1248 176 -1280 176 WIRE -1136 176 -1136 -192 WIRE -1136 176 -1248 176 WIRE -1088 176 -1136 176 WIRE -848 176 -848 64 WIRE -800 176 -848 176 WIRE -752 176 -752 144 WIRE -752 176 -800 176 WIRE -992 224 -1024 224 WIRE -800 224 -800 176 WIRE -800 224 -992 224 WIRE -1152 272 -1152 -80 WIRE -1120 272 -1152 272 WIRE -992 272 -992 224 WIRE -992 272 -1056 272 FLAG -1392 96 0 FLAG -1376 -144 0 FLAG -640 144 0 SYMBOL npn -1088 -128 R0 SYMATTR InstName Q1 SYMATTR Value 2N2222 SYMBOL npn -1088 224 M180 SYMATTR InstName Q2 SYMATTR Value 2N2222 SYMBOL diode -1264 16 R180 WINDOW 0 24 64 Left 2 WINDOW 3 24 0 Left 2 SYMATTR InstName D1 SYMATTR Value 1N914 SYMBOL diode -1296 96 R0 WINDOW 3 -25 105 Left 2 SYMATTR InstName D2 SYMATTR Value 1N914 SYMBOL ind2 -768 -96 R0 WINDOW 0 -21 27 Left 2 WINDOW 3 23 -23 Left 2 SYMATTR InstName L1 SYMATTR Value 5000n SYMATTR Type ind SYMBOL ind2 -768 48 R0 WINDOW 0 -37 64 Left 2 WINDOW 3 32 131 Left 2 SYMATTR InstName L2 SYMATTR Value 5000n SYMATTR Type ind SYMBOL ind2 -688 96 R180 WINDOW 0 -26 110 Left 2 WINDOW 3 -35 169 Left 2 SYMATTR InstName L3 SYMATTR Value 30m SYMATTR Type ind SYMBOL voltage -1376 -304 R0 WINDOW 123 0 0 Left 2 WINDOW 39 0 0 Left 2 SYMATTR InstName V1 SYMATTR Value 5 SYMBOL ind -1088 -336 R270 WINDOW 0 32 56 VTop 2 WINDOW 3 5 56 VBottom 2 SYMATTR InstName L4 SYMATTR Value 10m SYMBOL cap -864 0 R0 SYMATTR InstName C1 SYMATTR Value 100n SYMBOL diode -1120 -176 R270 WINDOW 0 32 32 VTop 2 WINDOW 3 0 32 VBottom 2 SYMATTR InstName D3 SYMATTR Value 1N914 SYMBOL diode -1120 288 R270 WINDOW 0 32 32 VTop 2 WINDOW 3 0 32 VBottom 2 SYMATTR InstName D4 SYMATTR Value 1N914 SYMBOL res -1216 -256 R0 SYMATTR InstName R1 SYMATTR Value 999 SYMBOL res -1232 -112 R180 WINDOW 0 36 76 Left 2 WINDOW 3 36 40 Left 2 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 1000 SYMBOL res -656 -16 R0 SYMATTR InstName R3 SYMATTR Value 1000k TEXT -760 216 Left 2 !K1 L1 L2 L3 1 TEXT -1484 250 Left 2 !.tran 0 1 0 1e-9 startup

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LTspice 仿真 12v供电3000V输出

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Version 4 SHEET 1 880 680 WIRE -1376 -352 -1488 -352 WIRE -1248 -352 -1376 -352 WIRE -1200 -352 -1248 -352 WIRE -1072 -352 -1200 -352 WIRE -800 -352 -992 -352 WIRE -1488 -288 -1488 -352 WIRE -1376 -288 -1376 -352 WIRE -1200 -240 -1200 -352 WIRE -1248 -208 -1248 -352 WIRE -1120 -192 -1136 -192 WIRE -992 -192 -1056 -192 WIRE -1488 -176 -1488 -224 WIRE -1376 -176 -1376 -208 WIRE -1376 -176 -1488 -176 WIRE -1376 -144 -1376 -176 WIRE -992 -128 -992 -192 WIRE -992 -128 -1024 -128 WIRE -848 -128 -992 -128 WIRE -752 -128 -848 -128 WIRE -1200 -80 -1200 -160 WIRE -1200 -80 -1280 -80 WIRE -1152 -80 -1200 -80 WIRE -1088 -80 -1152 -80 WIRE -752 -80 -752 -128 WIRE -1280 -48 -1280 -80 WIRE -1088 -48 -1088 -80 WIRE -1072 -48 -1088 -48 WIRE -640 -48 -704 -48 WIRE -1200 -32 -1200 -80 WIRE -848 0 -848 -128 WIRE -704 0 -704 -48 WIRE -640 0 -640 -48 WIRE -800 32 -800 -352 WIRE -752 32 -752 0 WIRE -752 32 -800 32 WIRE -1280 64 -1280 32 WIRE -1280 64 -1392 64 WIRE -1200 64 -1200 32 WIRE -1200 64 -1280 64 WIRE -1024 64 -1024 -32 WIRE -1024 64 -1200 64 WIRE -752 64 -752 32 WIRE -1280 80 -1280 64 WIRE -1392 96 -1392 64 WIRE -1200 96 -1200 64 WIRE -704 112 -704 80 WIRE -640 112 -640 80 WIRE -640 112 -704 112 WIRE -1024 128 -1024 64 WIRE -1072 144 -1088 144 WIRE -640 144 -640 112 WIRE -1280 176 -1280 160 WIRE -1248 176 -1248 -128 WIRE -1248 176 -1280 176 WIRE -1200 176 -1200 160 WIRE -1200 176 -1248 176 WIRE -1136 176 -1136 -192 WIRE -1136 176 -1200 176 WIRE -1088 176 -1088 144 WIRE -1088 176 -1136 176 WIRE -848 176 -848 64 WIRE -800 176 -848 176 WIRE -752 176 -752 144 WIRE -752 176 -800 176 WIRE -992 224 -1024 224 WIRE -800 224 -800 176 WIRE -800 224 -992 224 WIRE -1152 272 -1152 -80 WIRE -1120 272 -1152 272 WIRE -992 272 -992 224 WIRE -992 272 -1056 272 FLAG -1392 96 0 FLAG -1376 -144 0 FLAG -640 144 0 SYMBOL ind2 -768 -96 R0 WINDOW 0 -21 27 Left 2 WINDOW 3 23 -23 Left 2 SYMATTR InstName L1 SYMATTR Value 1000n SYMATTR Type ind SYMBOL ind2 -768 48 R0 WINDOW 0 -37 64 Left 2 WINDOW 3 32 131 Left 2 SYMATTR InstName L2 SYMATTR Value 1000n SYMATTR Type ind SYMBOL ind2 -688 96 R180 WINDOW 0 -26 110 Left 2 WINDOW 3 -35 169 Left 2 SYMATTR InstName L3 SYMATTR Value 50m SYMATTR Type ind SYMBOL voltage -1376 -304 R0 WINDOW 123 0 0 Left 2 WINDOW 39 12 -15 Left 2 SYMATTR SpiceLine Rser=0.1 SYMATTR InstName V1 SYMATTR Value 12 SYMBOL ind -1088 -336 R270 WINDOW 0 32 56 VTop 2 WINDOW 3 5 56 VBottom 2 SYMATTR InstName L4 SYMATTR Value 300? SYMBOL cap -864 0 R0 SYMATTR InstName C1 SYMATTR Value 470n SYMBOL diode -1120 -176 R270 WINDOW 0 32 32 VTop 2 WINDOW 3 0 32 VBottom 2 SYMATTR InstName D3 SYMATTR Value 1N914 SYMBOL diode -1120 288 R270 WINDOW 0 32 32 VTop 2 WINDOW 3 0 32 VBottom 2 SYMATTR InstName D4 SYMATTR Value 1N914 SYMBOL res -1216 -256 R0 SYMATTR InstName R1 SYMATTR Value 512 SYMBOL res -1232 -112 R180 WINDOW 0 36 76 Left 2 WINDOW 3 36 40 Left 2 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 510 SYMBOL res -656 -16 R0 SYMATTR InstName R3 SYMATTR Value 100k SYMBOL nmos -1072 -128 R0 SYMATTR InstName M1 SYMATTR Value IRF530 SYMBOL nmos -1072 224 M180 SYMATTR InstName M2 SYMATTR Value IRF530 SYMBOL zener -1184 32 R180 WINDOW 0 24 64 Left 2 WINDOW 3 71 132 Left 2 SYMATTR InstName D5 SYMATTR Value BZX84C12L SYMBOL zener -1216 96 R0 WINDOW 3 -106 109 Left 2 SYMATTR Value BZX84C12L SYMATTR InstName D6 SYMBOL res -1264 48 R180 WINDOW 0 36 76 Left 2 WINDOW 3 36 40 Left 2 SYMATTR InstName R4 SYMATTR Value 10K SYMBOL res -1264 176 R180 WINDOW 0 36 76 Left 2 WINDOW 3 36 40 Left 2 SYMATTR InstName R5 SYMATTR Value 10K SYMBOL cap -1504 -288 R0 SYMATTR InstName C2 SYMATTR Value 1m TEXT -760 216 Left 2 !K1 L1 L2 L3 1 TEXT -1488 248 Left 2 !.tran 0 1 0 1e-9 startup

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然后用 LTSPICE 打开这个 “.asc” 文件，如果有乱码，麻烦您自己改一下。

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时髦的氮化镓开关电源充电器

开关电源能量密度不只是受开关管的限制，还受磁性材料和铜的导电性能限制。整流的肖特基二极管和储能电容也是制肘的因素。80年代就有开关电源了，那时候还没流行氮化镓呢。即便没有氮化镓的技术，硅功率器件的潜力还远远没有挖掘透。比如同步整流可以提升效率，谐振开关也可以提高硅功率器件的工作频率。

氮化镓在低频下只比硅功率器件效率高0.5-1.2%, 如果不是高频率带来体积缩小的利好，要让本身就挣扎在薄利多销边缘的电源厂家当小白鼠去尝试氮化镓功率IC无疑需要氮化镓功率IC 厂家采取更灵活的推销战略才有可能。氮化镓功率IC 推广阻力不会小。

（举例）

NAVITAS 氮化镓功率IC 参考板 NVE052A 能提供 300瓦实现更小的尺寸。

氮化镓充电器和普通的充电器有什么区别？

您可以看到，实际上是没有本质的区别。

某硕就用了这个厂商的 300瓦方案。

NVE028A使用低成本的制造技术实现了小尺寸(51mm x 43mm x 20.5 mm)和突破性的功率密度(1.5瓦/立方厘米，24瓦/立方英寸)。

(举例2)

https://www.mouser.cn/ProductDetail/GaN-Systems/GS-EVB-ACDC-300W-ON?qs=vHuUswq2%252BszROsOn4Vtozg%3D%3D

GaN Systems GS-EVB-ACDC-300W-ON Power Supply

[机器翻译]GaN Systems GS-EVB-ACDC-300W-ON电源是一款基于氮化镓器件的超高功率密度适配器，通用AC输入和340W峰值功率。提供高效率的PFC与同步整流。GS-EVB-ACDC-300W-ON电源具有高度的通用性，低成本的2层设计，功率密度高达34W/in3。典型的应用包括游戏笔记本和游戏机的电源转换，开架电源，工业电源，以及OLED超高清电视和VR系统的适配器。