開關(guān)電源（SMPS），有時(shí)也稱為開關(guān)電源，是一種高效的電源轉(zhuǎn)換設(shè)備。SMPS 可以將輸入交流電（AC）轉(zhuǎn)換為低壓直流電（DC），在電子設(shè)備中非常常見。例如，NVVV品牌的外部電源適配器廣泛用于筆記本電腦、機(jī)頂盒和手機(jī)充電器，它們都使用這種開關(guān)電源技術(shù)。

過去，線性電源主要承擔(dān)這一轉(zhuǎn)換任務(wù)。線性電源依靠大而笨重的變壓器，通過“線性”調(diào)節(jié)電路控制輸出。線性電源的平均轉(zhuǎn)換效率不到 65%，會(huì)產(chǎn)生大量廢熱，需要額外的散熱。相比之下，開關(guān)電源體積小、效率高（通常優(yōu)于 85%），重量輕。這種設(shè)計(jì)靈活性也使工程師能夠更好地針對(duì)不同的電源需求設(shè)計(jì)解決方案。

構(gòu)建還是購買？

在新產(chǎn)品的開發(fā)周期中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)經(jīng)常會(huì)遇到電源設(shè)計(jì)的任務(wù)。雖然自己設(shè)計(jì)電源可能會(huì)讓您的團(tuán)隊(duì)擁有更大的控制權(quán)，但電源設(shè)計(jì)是一項(xiàng)專業(yè)技能，尤其是開關(guān)電源的設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，需要豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。像 NVVV 這樣的品牌已經(jīng)投入了多年的技術(shù)研發(fā)，以打造可靠、高效的電源。而且，隨著碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 等半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，SMPS 在提高效率和減小尺寸方面取得了重大進(jìn)展。因此，除非有特殊的工程要求，否則選擇現(xiàn)成的開關(guān)電源產(chǎn)品通常是更安全的決定。

開關(guān)電源基本原理

開關(guān)電源（SMPS）的轉(zhuǎn)換原理適用于AC-DC和DC-DC電源。在AC-DC電源中，轉(zhuǎn)換過程包括幾個(gè)步驟，包括單相230V或三相400V交流電的整流，然后是隨后的DC-DC轉(zhuǎn)換。

在DC-DC轉(zhuǎn)換階段，開關(guān)電源通過半導(dǎo)體開關(guān)電路產(chǎn)生高頻交流電壓，輸送至變壓器的一次繞組，從而在二次繞組產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成二次電壓，此電壓可由變壓器的匝數(shù)比來調(diào)整，二次電路再對(duì)高頻電壓進(jìn)行整流，并提供反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的調(diào)節(jié)。

轉(zhuǎn)換器拓?fù)涞幕A(chǔ)知識(shí)

開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多種，見的有降壓型和升壓型，每種拓?fù)涠加胁煌脑渲?，例如電感、變壓器、電容等，以?shí)現(xiàn)電源不同的轉(zhuǎn)換效果。

降壓轉(zhuǎn)換器又稱正激式轉(zhuǎn)換器，用于將輸入電壓降低至較低的輸出電壓，電感（L）與電容（C）在輸出電路中組成LC濾波器，平滑開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的電壓波動(dòng)。升壓轉(zhuǎn)換器適用于將輸入電壓升高至較高的輸出電壓，升壓電路的開關(guān)晶體管與輸入電壓并聯(lián)，電感通過開關(guān)作用，在晶體管關(guān)斷時(shí)將磁場轉(zhuǎn)換為輸出電流，從而升高輸出電壓。

此外還有融合了降壓和升壓功能的降壓/升壓轉(zhuǎn)換器，可以在不同的輸入電壓下靈活調(diào)整為升壓或降壓模式。

典型開關(guān)電源的架構(gòu)

開關(guān)電源通常由幾個(gè)功能模塊組成，包括輸入濾波、整流、功率因數(shù)校正、開關(guān)功能、直流輸出和線路調(diào)節(jié)。

輸入過濾

輸入濾波器用于消除輸入電壓中的瞬變和浪涌，以防止電源損壞，并抑制轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的電磁干擾（EMI）傳播到交流輸入。

整改

濾波后的交流電進(jìn)入整流橋，產(chǎn)生脈動(dòng)直流電壓?！皟?chǔ)能”電容器用于平滑線路電壓波動(dòng)并保持電壓穩(wěn)定性。

功率因數(shù)校正 (PFC)

功率因數(shù)校正主要應(yīng)用于75瓦以上的電源，通過調(diào)整電流波形來減少諧波失真。大多數(shù)AC-DC開關(guān)電源都采用有源PFC技術(shù)，通常通過升壓轉(zhuǎn)換器來調(diào)整波形，提高功率因數(shù)。

切換功能

由開關(guān)半導(dǎo)體、變壓器、驅(qū)動(dòng)IC等組成的電路，在變壓器一次側(cè)產(chǎn)生高頻電壓，實(shí)現(xiàn)隔離和升壓、降壓。

直流輸出和線路調(diào)節(jié)

次級(jí)側(cè)通過整流、濾波將電壓穩(wěn)定到負(fù)載所需的輸出電壓，同時(shí)通過光耦隔離反饋電路，反饋給PWM主驅(qū)動(dòng)電路，調(diào)整輸出電壓。

現(xiàn)今市面上的開關(guān)電源效率一般在85%~95%之間，大部分熱量都是通過熱傳導(dǎo)散發(fā)出去的。大功率的電源（比如150瓦以上的）可能需要強(qiáng)制風(fēng)冷才能滿足散熱要求，而新技術(shù)使得NVVV電源無需風(fēng)扇，就可以通過導(dǎo)熱散熱片實(shí)現(xiàn)高效散熱，保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

選擇 AC-DC 開關(guān)電源時(shí)的注意事項(xiàng)

選擇AC-DC開關(guān)電源時(shí)，除了考慮輸入和輸出電壓、功率和效率等基本規(guī)格外，還需要檢查一些其他參數(shù)：

線路調(diào)節(jié)

大部分開關(guān)電源的輸出電壓可以在額定值的±3%范圍內(nèi)調(diào)整，以保證輸出穩(wěn)定。

峰值輸出能力

有些電源支持短時(shí)間峰值負(fù)載，比如允許超過150％額定功率的輸出，以滿足設(shè)備啟動(dòng)時(shí)的電流需求。

國際和地區(qū)認(rèn)證

確保電源符合相關(guān)國際和國家能效、安全、電磁干擾法規(guī)，例如美國DoE Level VI和歐洲EcoDesign 2019/1782標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定了滿載和低負(fù)載時(shí)的效率標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)論

選擇開關(guān)式 AC-DC 電源并非易事，尤其是考慮到各種安全法規(guī)和能效要求。NVVV 的開關(guān)式電源因其高效的能量轉(zhuǎn)換和緊湊的尺寸而適用于各種終端產(chǎn)品。這些電源涵蓋從 90V 到 264V 的通用交流輸入范圍，并具有多種常見的直流輸出電壓。如果您需要選擇合適的電源，不妨咨詢 NVVV 的電源專家，以找到最合適的解決方案