直流轉(zhuǎn)換器的歷史:
1、在功率半導體元件及電力電子等相關(guān)技術(shù)產(chǎn)生之前,若要將小功率的直流電轉(zhuǎn)換成較高電壓的直流電,可以先用震蕩電路先轉(zhuǎn)換為交流,再用升壓變壓器升壓,后再用整流器轉(zhuǎn)換為直流。若是較大功率的直流電壓轉(zhuǎn)換,會用電動機驅(qū)動發(fā)電機(有時會整合成dynamotor模組,在一個模組中同時有馬達和發(fā)電機,一個繞組驅(qū)動電動機,另一個繞組產(chǎn)生輸出電壓)。這些是比較沒有效率的作法,其費用也較貴,但當時沒有其他更好的作法,像是驅(qū)動早期的汽車音響(其中使用的熱電子管或是真空管工作電壓遠高于汽車中6V或12V的電壓)。功率半導體及集成電路的出現(xiàn),使用一些新式電路的成本開始下降,是一般應(yīng)用可以負荷的價格。比較便宜。這些新式電路包括將直流電轉(zhuǎn)換為高頻的交流電,配合一個較小、較低也較便宜的變壓器來轉(zhuǎn)換交流電壓,再用整流器再轉(zhuǎn)換成直流。1976年時汽車收音機開始使用晶體管,不需要高電壓。而使用晶體管的電源供應(yīng)器也已可以取得,不過仍有些業(yè)余無線電使用者使用震蕩電路及dynamotor的電源做為需要高電壓的無線電發(fā)射臺電源。
2、利用線性電路是可以從較高直流電壓中產(chǎn)生較低的電壓,甚至使用電阻分壓也有類似效果。但這些方式會將多余的能量以熱的方式消耗,效率不佳。一直到后來固態(tài)切換電路出現(xiàn)后,才有效率較高的直流-直流轉(zhuǎn)換器。
直流轉(zhuǎn)換器的分類:
1、功能分類:升壓轉(zhuǎn)換器:將一個較低電壓(范圍或定值)變換為另一個較高電壓(可變或定值)的電壓轉(zhuǎn)換器,如輸入12V(輸入電壓范圍:10V-15V)經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出48V;降壓轉(zhuǎn)換器:將一個較高電壓(范圍或定值)變換為另一個較低電壓(可變或定值)的電壓轉(zhuǎn)換器,如輸入48V(輸入電壓范圍:40V-60V)經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出12V;升降壓轉(zhuǎn)換器:同時能將一個電壓(范圍或定值)變換為較低或較高電壓(可變或定值)的電壓轉(zhuǎn)換器,如輸入48V(輸入電壓范圍:40V-60V)經(jīng)轉(zhuǎn)換后可以輸出12V,也可以輸出72V;
2、隔離性能分類:非隔離轉(zhuǎn)換器:輸入輸出之間具有一條直流路徑,輸入輸出共地,結(jié)構(gòu)簡單,成本低,效率高,性能差;隔離轉(zhuǎn)換器:輸入和輸出之間進行電氣隔離直流路徑,輸入輸出不共地,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高,效率相對非隔離有所降低,可靠性高;
3、控制需求分類:PWM控制型轉(zhuǎn)換器:效率高并具有良好的輸出電壓紋波和噪聲;PFM控制型轉(zhuǎn)換器:即使長時間使用,尤其小負載時具有耗電小的優(yōu)點;PWM/PFM控制型轉(zhuǎn)換器:小負載時實行PFM控制,且在重負載時自動轉(zhuǎn)換到PWM控制;
4、輸出需求分類:單路輸出型轉(zhuǎn)換器:經(jīng)轉(zhuǎn)換輸出的電壓和電流只是一組固定的值;多路輸出型轉(zhuǎn)換器:經(jīng)轉(zhuǎn)換輸出的電壓和電流可以是多組不同的值。
大部分直流-直流轉(zhuǎn)換器是設(shè)計單向轉(zhuǎn)換,功率只能從輸入側(cè)流到輸出側(cè)。不過所有開關(guān)電壓轉(zhuǎn)換器的拓撲都可改為雙向轉(zhuǎn)換,可以讓功率從輸出側(cè)流回輸入側(cè),方式是將所有的二極管都改為立控制的主動整流。雙向轉(zhuǎn)換器可以用在像車輛之類,需要再生制動的應(yīng)用,在車輛運行時,是由轉(zhuǎn)換器供電給車輪,但在剎車時,會反過來由車輪供電給轉(zhuǎn)換器。
切換型的轉(zhuǎn)換器以電子學的角度來看,其實比較復(fù)雜,不過因為許多電路都封裝在集成電路中,需要的零件較少。在電路設(shè)計時,為了讓切換噪聲(EMI / RFI)降到可容許范圍,而且要讓高頻電路可以穩(wěn)定運作,需要小心的設(shè)計電路以及實際電路及元件的布局。若是在降壓的應(yīng)用中,切換型轉(zhuǎn)換器成本比線性轉(zhuǎn)換器要高,不過隨著芯片設(shè)計的進步,切換型轉(zhuǎn)換器的成本也在漸漸下降。
直流-直流轉(zhuǎn)換器是接受直流輸入電壓并提供直流輸出電壓的裝置。輸出電壓可以大于輸入電壓,反之亦然。這些用來匹配負載到電源。簡單的直流-直流轉(zhuǎn)換器電路由一個控制負載連接和斷開電源的開關(guān)組成。