电源设计之正向模式转换器和反激模式转换器

线性电源只能降低（降压）输入电压，从而获得较低的输出电压。通常，这是通过迫使BJT或MOSFET晶体管在其线性区工作来实现的。结果是两个：

输出电压和输入电压之间始终存在差异（V DROP）。

由于晶体管在线性区中的连续工作，调节器耗散了大量功率，功率由V DROP乘以I LOAD给出，其中I LOAD是负载吸收的电流。

因此，线性稳压器的效率非常低，通常在35％至65％之间，并且输出电压和输入电压之间的差异越大（V DROP = V IN – V OUT），效率就越低。以一个线性稳压器为例，其中V IN = 9 V，V OUT = 5 V，I LOAD = 150 mA。与可用的750 mW（V OUT ×I LOAD）的输出功率相比，该稳压器应能够耗散600 mW（（V IN – V OUT）×I LOAD）的功率。）。因此，该调节器的效率约为55％。随着输出功率的增加，对有效散热的需求也增加了，这可以通过散热器获得。但是，从经济的角度来看，超过几瓦的功率，线性稳压器不再方便，因此，它代表了低功率应用的理想解决方案。一类特殊的线性稳压器是低压差稳压器（LDO），它集成了一个特殊电路，该电路能够包含V DROP的值（通常为数百或数十毫伏），从而提高了整体效率。线性稳压器的优势在于电路简单（需要很少的外部组件），成本低廉，并且没有开关噪声（晶体管始终在线性区域工作）。

开关电源的工作方式是在CUTOFF状态（没有电流流过但开关上有高电压）和SATURATION状态（有很大电流流过但开关上的电压非常高）之间快速切换晶体管，从而工作小的）。如此获得的脉冲电压可以随后通过变压器增加或减少，并最终进行滤波以获得直流输出电压。开关电源可实现高效率值，通常在65％至95％之间。主要缺点在于设计的复杂性和开关噪声的存在，在一些应用中必须消除这种噪声。开关电源由外部脉冲宽度调制（PWM）信号控制，该信号确定“开关”晶体管的开关频率和占空比。

正向模式转换器

前向转换器通过LC输出滤波器的存在可以识别，它使用变压器来升高或降低输入电压，并为负载提供与AC电源电压的电流隔离。图1显示了正激转换器的基本方案。当晶体管处于导通状态（开）时，能量转移到输出。LC滤波器生成一个输出电压V OUT，其值可以按以下方式计算（D是PWM信号的占空比，而N S和N P是变压器各个绕组上的匝数）：

V OUT = V IN × D × （NS ÷ N P）

通过改变占空比，因此可以修改输出电压值。

图1：正激转换器的基本框图

反激模式转换器

即使反激转换器基于与前向转换器相同的组件，其工作方式也大体上不同。反激调节器将输入电压转换为具有较高或较低值以及正极性或负极性的输出电压。反激式转换器的基本框图如图2所示。图2中的开关实际上是由PWM信号控制的开关晶体管（通常为FET）代替的。

图2：反激式转换器的基本框图

当开关闭合（晶体管打开）时，变压器的初级绕组与输入电流相交，从而在次级绕组上产生一个负电压。因此，二极管被反向偏置，并且负载由存储在输出电容器中的能量供电（图3的上部）。另一方面，当开关断开（晶体管关闭）时，变压器初级绕组上的电流为零，而次级绕组上的电压为正。这导致二极管导通，进而可以为负载供电并为电容器充电。

图3：反激转换器的两个工作阶段

编辑：hfy