什么是 SMPS？

開關(guān)電源(SMPS) 是一種精密設(shè)備，可高效地將交流電源電壓轉(zhuǎn)換為低壓直流電源，是眾多工業(yè)和商業(yè)系統(tǒng)的支柱。SMPS 能夠提供穩(wěn)定、穩(wěn)定的電源，是 3D 打印機(jī)、刺繡機(jī)、灌溉系統(tǒng)和學(xué)校網(wǎng)絡(luò)筆記本電腦充電柜等應(yīng)用中的組件。SMPS 提供高效率和緊湊的設(shè)計(jì)，已成為各個(gè)行業(yè)的。

從線性電源到SMPS的演變

線性電源雖然在當(dāng)時(shí)是有效的，但依靠龐大的變壓器和模擬調(diào)節(jié)電路來管理電壓轉(zhuǎn)換。這些系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率通常低于 65%，會(huì)產(chǎn)生大量熱量，需要大量冷卻機(jī)制。這種低效率加上其較大的物理占用空間，限制了它們在現(xiàn)代應(yīng)用中的實(shí)用性。

相比之下，SMPS 利用高頻開關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)通常超過 85% 的效率，從而顯著減少能量損失。這些設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，可適應(yīng)各種電源需求。它們的采用代表了電源設(shè)計(jì)的范式轉(zhuǎn)變，強(qiáng)調(diào)效率和節(jié)省空間，同時(shí)不影響性能。NVVV 等現(xiàn)代 SMPS 品牌體現(xiàn)了這種轉(zhuǎn)變，優(yōu)先考慮滿足工業(yè)和商業(yè)需求的工程。

自行構(gòu)建還是購買：您應(yīng)該自行設(shè)計(jì)還是采購 SMPS？

在開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，工程團(tuán)隊(duì)面臨著一個(gè)關(guān)鍵的決定：是自行設(shè)計(jì) SMPS 還是采購現(xiàn)成的 SMPS。設(shè)計(jì) SMPS 具有定制優(yōu)勢，允許工程師根據(jù)特定應(yīng)用要求定制設(shè)備。然而，現(xiàn)代 SMPS 技術(shù)的復(fù)雜性，尤其是隨著碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 半導(dǎo)體等創(chuàng)新技術(shù)的出現(xiàn)，需要專業(yè)知識(shí)。這些材料可實(shí)現(xiàn)更高的功率密度、更好的熱性能和更高的效率。

對(duì)于大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用來說，從 NVVV 等信譽(yù)良好的供應(yīng)商處購買預(yù)先設(shè)計(jì)的 SMPS 是一種實(shí)用的解決方案。這些產(chǎn)品經(jīng)過嚴(yán)格的可靠性測試，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并可顯著縮短開發(fā)時(shí)間和降低成本。

開關(guān)電源的核心原理

AC-DC 和 DC-DC 轉(zhuǎn)換

SMPS設(shè)計(jì)通常涉及多個(gè)電源轉(zhuǎn)換階段。該過程首先將交流輸入整流為直流，然后進(jìn)行直流-直流轉(zhuǎn)換以實(shí)現(xiàn)所需的輸出電壓。由功率半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)的高頻開關(guān)為變壓器產(chǎn)生交流電壓，從而產(chǎn)生成比例的次級(jí)電壓。然后對(duì)該輸出進(jìn)行整流、濾波和調(diào)節(jié)，以滿足特定的負(fù)載要求。

常見拓?fù)?/span>

SMPS 采用各種轉(zhuǎn)換器拓?fù)?，每種拓?fù)涠坚槍?duì)特定應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化：

降壓轉(zhuǎn)換器：降低輸入電壓，適合低壓應(yīng)用。

升壓轉(zhuǎn)換器：增加輸入電壓，用于需要更高輸出的地方。

降壓-升壓轉(zhuǎn)換器：提供升壓和降壓功能，實(shí)現(xiàn)靈活的電壓調(diào)節(jié)。

反激式和準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器：提供電氣隔離，常用于工業(yè)環(huán)境以確保安全性和可靠性。

SMPS 的功能模塊

輸入濾波和整流

輸入濾波器可緩解電壓瞬變并抑制電磁干擾 (EMI)，確保穩(wěn)定供電。整流器將濾波后的交流輸入轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流，并通過大容量電容器進(jìn)行平滑處理以減少線路紋波。

功率因數(shù)校正 (PFC)

有源功率因數(shù)校正是工業(yè)開關(guān)電源的一大特點(diǎn)。通過調(diào)整輸入波形，PFC 電路可優(yōu)化能源使用并滿足監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)。此階段通常采用升壓轉(zhuǎn)換器來提高效率并減少諧波失真。

高頻開關(guān)和電壓調(diào)節(jié)

工作頻率為 25kHz 至 500kHz 或更高的開關(guān)電路驅(qū)動(dòng)變壓器實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換和隔離。反饋機(jī)制（如光隔離器）通過動(dòng)態(tài)調(diào)整脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 來確保精確的輸出調(diào)節(jié)。

冷卻和熱管理

有效的熱管理至關(guān)重要，尤其是在高功率應(yīng)用中。較小的 SMPS 可能依賴被動(dòng)冷卻，而較大的設(shè)備通常采用主動(dòng)冷卻解決方案，如變速風(fēng)扇或液體冷卻系統(tǒng)。NVVV 等品牌的高效設(shè)計(jì)集成了的熱管理技術(shù)，確保使用壽命和可靠性。

選擇合適的開關(guān)電源

選擇工業(yè)用途的 SMPS 時(shí)，請考慮以下因素：

1. 電氣規(guī)格：確保與系統(tǒng)的輸入/輸出電壓、電流處理和效率要求兼容。

2. 調(diào)節(jié)和穩(wěn)定性：評(píng)估線路和負(fù)載調(diào)節(jié)能力以保持一致的性能。

3. 標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性：驗(yàn)證是否遵守 IEC 62368-1 和 EcoDesign 2019/1782 等國際安全和效率標(biāo)準(zhǔn)。

4. 環(huán)境因素：評(píng)估工作溫度范圍、冷卻要求和其他環(huán)境考慮因素。

工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用

工業(yè) SMPS 是各種應(yīng)用的一部分，包括自動(dòng)化系統(tǒng)、機(jī)器人和高精度機(jī)械。其效率和適應(yīng)性使其適用于各種場景，例如：

驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床中的步進(jìn)電機(jī)。

為生產(chǎn)線中的控制單元供電。

支持紡織、農(nóng)業(yè)和電子等行業(yè)的自動(dòng)化流程。

NVVV 廣泛的產(chǎn)品組合可滿足這些苛刻的要求，為具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境提供可靠的解決方案。

結(jié)論

開關(guān)電源結(jié)合了效率、緊湊設(shè)計(jì)和多功能性，改變了現(xiàn)代電源管理。無論是為工業(yè)系統(tǒng)還是堅(jiān)固的充電柜供電，了解原理并選擇合適的 SMPS 都可以顯著提高性能。通過選擇NVVV等品牌提供的值得信賴的解決方案，工程師可以專注于創(chuàng)新，對(duì)其電源基礎(chǔ)設(shè)施的可靠性充滿信心。