文章目录
- 1、AC/DC与DC/DC
- 2、线性电源 与 开关电源
- 3.普通电源和特殊电源
- 4.隔离电源和非隔离电源
- 5、PWM 和PFM
- 6、电荷泵
- 7、正激 与 反激
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1、AC/DC与DC/DC
??AC/DC它是开关电源之一。这种电源也被称为一次电源——AC是交流，DC是直流，通过高压整流滤波获得直流高压，供应DC/DC变换器在输出端获得一个或多个稳定的直流电压，功率从几瓦到几千瓦不同场合。
??AC/DC电源管理芯片的转换是将交流转换为直流，其功率流可以是双向的，从电源流到负载的电源流称为整流
??AC/DC50/60变换器输入Hz由于交流电必须经过整流和滤波，因此相对较大的滤波电容器是必不可少的。同时，由于安全标准（如UL、CCEE等）及EMC限制指令(如IEC、、FCC、CSA），交流输入侧必须加EMC过滤器和使用符合安全标准的元件，以限制AC/DC小型化电源体积。
??DC/DC从这个定义来看，电源是指直流转换为直流的电源。DCDC只要是直流，直流就叫DCDC，LDO芯片也应属于低压差线性稳压器DC/DC电源。但通常的定义是：直流通常只转换为直流，通过开关实现的电源称为DC/DC电源。（第一张图中，狭义的DC/DC）
2、线性电源 与 开关电源
??线性电源的调节管处于放大状态，因此热量大，效率低（与压降有关），需要增加大量散热器。AC/DC当需要制作多组电压输出时，变压器也需要大量的工频变压器。
??开关电源调节管处于饱和状态，热量小，效率高。AC/DC电源节省了大量变压器。但开关电源输出的直流会叠加较大的纹波(50mVat5Voutputtypical），在输出端并联稳压二极管可以改善，此外，由于开关管会产生很大的尖峰脉冲干扰，也需要在电路中串联磁珠来改善。相对而言，线性电源没有上述缺陷，其纹波可以很小（5）mV以下）。
??通过不同的拓扑结构，可以实现开关电源的降压、升压和升压。线性电源只能降压。
3.普通电源和特殊电源
??电源分为普通电源和特种电源。 ??可细分为：PC电源、整流电源、定制电源、加热电源、焊接电源/电弧电源、电镀电源、开关电源、逆变电源、交流稳压电源、直流稳压电源、DC/DC电源、通信电源、模块电源、变频电源UPS电源、EPS应急电源、净化电源、网络电源、电力操作电源、适配器电源、线性电源、电源控制器/驱动器、功率电源、其他普通电源、逆变电源、参数电源、调压电源、变压器电源。
??特种电源可细分为：岸电、安全、高压、医疗、军用、航空航天、激光等特种电源。 特殊电源是特殊类型的电源。所谓的特殊性主要是由于测量电源的技术指标不同于常用电源，主要是输出电压特别高，输出电流特别大，或稳定性、动态响应和纹波特别高，或电源输出的电压或电流是脉冲或其他要求。
4.隔离电源和非隔离电源
??在为嵌入式系统设计电源电路或选择成品电源模块时，需要考虑的重要问题之一是使用隔离或非隔离电源方案。在讨论之前，我们首先了解了隔离和非隔离的概念以及两者的主要特征。 ??电源隔离与非隔离，主要针对开关电源，业内比较常见的观点是：
??输入电路和输出电路之间没有直接的电气连接，输入电路和输出电路之间没有电流电路。
??在输入和输出之间有一个直接的电流回路，例如，输入和输出是共同的。
隔离电源示意图如图所示。
??从上述概念可以看出，非隔离电源主要包括：Buck、Boost、Buck-Boost等等；隔离电源主要包括各种反激、正激、半桥、LLC等拓扑。
??结合常用的隔离与非隔离电源，我们从直观上就可得出它们的一些优缺点，两者的优缺点几乎是相反的。
??使用隔离或非隔离电源，需要了解实际项目对电源的需求，但在此之前，可以了解隔离和非隔离电源的主要区别：
- 隔离模块可靠性高，但成本高，效率差。
- 非隔离模块结构简单，成本低，效率高，安全性能差。
因此，建议在以下场合使用隔离电源：
- 涉及可能触电的场合，如从电网取电到低压直流，需要隔离AC-DC电源；
- 串行通信总线通过RS-232、RS-控制器局域网485(CAN)当物理网络传输数据时，这些连接系统都配备了自己的电源，系统之间的间隔往往很远，因此，我们通常需要隔离电源来确保系统的物理安全，通过隔离切断接地电路，保护系统免受瞬态高压冲击，减少信号失真；
- 对外的I/O为了保证系统的可靠运行，还建议端口I/O端口隔离电源。
隔离和非隔离电源的应用
??通过了解隔离和非隔离电源的优缺点，我们可以做出准确的判断：
- 为了提高抗干扰性能，保证可靠性，一般采用隔离电源。
- 电路板内的IC或部分电路供电，从性价比和体积出发，优先选择非隔离方案。
- 对安全有要求的场合，如需接市电AC-DC，或医疗用电源，为保证人身安全，必须使用隔离电源，在某些情况下还必须使用加强隔离的电源。
- 对于远程工业通信的供电，为了有效减少地电位差和导线耦合干扰的影响，通常使用隔离电源为每个通信节点单独供电。
- 非隔离供电用于电池供电和电池寿命要求严格的场合。
5、PWM 和PFM
①脉冲宽度调制(PWM)
??脉宽调制（PWM）在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整开关稳压电路的占空比，从而达到稳定输出电压的目的。
②脉冲频率调制(PFM)
??脉冲频率调制(PFM)调制信号的频率随输入信号振幅值而变化，占空比不变。因为调制信号通常是频率变化的方波信号，PFM也叫做方波FM。
③脉冲宽度频率调制(PWM-PFM)
??各类性能特征不同： ???1、 重负荷和轻负荷的效率 ???2、负载调节 ???3.设计复杂 ???4、EMI / 噪声考虑
集成转换器解决方案可以整合这两种操作模式，利用各自的优势：
??①PWM是频率宽窄的变化，PFM是频率的变化。
??②PWM输出采用脉冲宽度控制，PFM是否使用脉冲控制输出。
??③PWM-PFM兼有PWM和PFM的优点。
??DC/DC变换器通过与内部频率同步开关升压或降压，通过变换开关次数控制，从而获得与设定电压相同的输出电压。
- PFM控制时，当输出电压达到设定电压以上时，开关将停止，DC/DC变换器不工作。但当输出电压降至设定电压以下时，DC/DC变换器将再次开关，使输出电压达到设定电压。
- PWM控制也与频率同步，但当达到升压设定值时，会尽量减少流入线圈的电流，调整升压，使其与设定电压一致。
- PWM/PFM切换控制DC/DC变换器在重载时由PWM自动切换到低负荷控制PFM控制，即在产品中同时存在PWM的优点与PFM优点。采用备有待机模式的系统PFM/PWM切换控制产品效率高。
- 与PWM相比，PFM因为PFM控制的DC/DC变换器在达到设定电压以上时会停止移动，因此消耗的电流会变小。因此，减少电流消耗可以提高低负荷时的效率。
- PWM在低负荷时虽然效率较逊色，但是因其纹波电压小，且开关频率固定，所以噪声滤波器设计比较容易，消除噪声也较简单。
- 对于外围电路一样的PFM和PWM而言,其峰值效率PFM与PWM相当。但在峰值效率以前,PFM的效率远远高于PWM的效率,这是PFM的主要优势。
- PWM由于误差放大器的影响，回路增益及响应速度受到限制，PFM具有较快的响应速度。
- 滤波困难（谐波频谱太宽）。
- 峰值效率以前,PFM的频率低于PWM的频率,会造成输出纹波比PWM偏大。
- PFM控制相比PWM控制 IC 价格要贵。
- PWM控制方法实现起来容易，PFM控制方法实现起来不太容易。
6、电荷泵
电荷泵，也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”(flying)或“泵送”电容(而非电感或变压器)来储能的DC-DC(变换器)。
主要应用包括驱动用于手机背光的白光LED和毫瓦范围的数字处理器。
电荷泵(开关电容)IC通过利用一个开关网络给两个或两个以上的电容供电或断电来进行DC/DC电压转换。基本电荷泵开关网络不断在给电容器供电和断电这两个状态之间切换。C1(充电电容)传输电荷，而C2(充电电容器)则储存电荷并过滤输出电压。 额外的“快速电容”和开关阵列带来多种好处。
电荷泵IC可以用作逆变器、分路器或者增压器。逆变器将输入电压转变成一个负输出。作为分路器使用时，输出电压是输出电压的一部分，例如1/2或2/3。作为增压器时，它可以给I/O带来一个1.5X或者2X的增益。很多便携式系统都是用一个单锂离子电池或者两个金属氢化物镍电池。因此当在2X模式下运行时，电荷泵可以给一般在3.3V到4.0V的范围内工作的白光LED供应适当的正向电压。
基本电荷泵缺少调整电路，因此实际上所有当今使用的电荷泵IC都增加线性调整或者电荷泵调制。线性调整的输出噪音最低，并可以在更低的效率情况下提供更好的性能。而由于调整IC没有串联传输晶体管，控制开关电阻的电荷泵调制就可以提供更高的效率，并为一个给定的芯片面积(或消耗)提供更多的输出电流。
电荷泵消除了电感器和变压器所带有的磁场和电磁干扰。但是，仍然有一个可能的微小噪音源，那就是当快速电容和一个输入源或者另外一个带不同电压的电容器相连时，流向它的高充电电流。同样的，“分路器”电荷泵也能在LDO上改进效率，但又不会像感应降压调整器那样复杂。
7、正激 与 反激
反激式：反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电源。“反激”指的是在开关管接通的情况下，当输入为高电平时输出线路中串联的电感为放电状态；相反，在开关管断开的情况下，当输入为高电平时输出线路中的串联的电感为充电状态。
变压器的一次和二次绕组的极性相反，这大概也是Flyback名字的由来：
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当开关管导通时，变压器原边电感电流开始上升，此时由于次级同名端的关系，输出二极管截止，变压器储存能量，负载由输出电容提供能量。
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当开关管截止时，变压器原边电感感应电压反向，此时输出二极管导通，变压器中的能量经由输出二极管向负载供电，同时对电容充电，补充刚刚损失的能量。
可以看作是隔离的Buck/Boost电路: 在反激电路中，输出变压器T除了实现电隔离和电压匹配之外，还有储存能量的作用，前者是变压器的属性，后者是电感的属性，因此有人称其为电感变压器，有时我也叫他异步电感。
正激式变压器开关电源输出电压的瞬态控制特性和输出电压负载特性，相对来说比较好，因此，工作比较稳定，输出电压不容易产生抖动，在一些对输出电压参数要求比较高的场合，经常使用。
所谓正激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线圈正在被直流电压激励时，变压器的次级线圈正好有功率输出。
由上三张图可知，反激的变压器可以看作一个带变压功能的电感，是一个buck-boost电路。正激的变压器是只有变压功能，整体可以看成一个带变压器的buck电路。二次侧接第一个整流二极管的负端接电解电容的是反击，接电感的是正激。
总地来说，正激反激工作原理不同，正激是初级工作次级也工作，次级不工作有续流电感续流，一般是CCM模式。功率因数一般不高，而且输入输出和变比占空比成比例。反激是初级工作，次级不工作，两边独立开来,一般DCM模式下，理论上是单位功率因数，但是变压器的电感会比较小，而且需要加气隙,所以一般适合中小功率情况.一般的电源书都会有具体的介绍和设计公式。
正激变压器是理想的，不储能，但是由于励磁电感（Lp）是有限值，励磁电流使得磁芯B会大，为避免磁通饱和，变压需要辅助绕组进行磁通复位；反激变压器工作形式可以看做耦合电感;电感先储能，再放能。由于反激变压器的输入、输出电压极性相反，固当开关管断开之后，次级可以提供磁芯一个复位电压，因而反激变压器不需额外增加磁通复位绕组。
正激反激主要区别在高频变压器的工作方式不同但他们在同一象限上。正激是当变压器原边开关管导通时同时能量被传递到负载上，当开关管截止时变压器的能量要通过磁复位电路去磁。反激是和正激相反，当原边开关管导通时给变压器存储能量。但能量不会加在负载上，当开关管截止时，变压器的能量释放到负载侧。正激开关电源，后面多的那个二级管是续流二级管，一般输出部分还会多加一个储能电感，正激和反激最重要的区别是变压器初次级的相位是反相的。
正激与反激的工作最大区别是，当开关管关断时，正激的输出主要靠储能电感和续流二级管来维持输出，而反激的输出主要靠变压器次级释放能量来维持输出。正激电路不宜做多路输出，正激电路要用脉宽调整做稳压必须在次极整流以后串电感，不然输出电压主要由输入决定，与脉宽影响不大，脉宽只影响输出纹波。如用正激电路做多路输出原理上存在的问题：如每路输出不用电感，那么对输入变化没有稳压作用，且没有开关电源应有的安全性。如果每路加电感：那么输出电压在理论上与负载大小有关，不参与反馈的回路就不正。
反激电路在原理上就适合多路输出稳压。反激电路首先储能，后把能量按各路的电压比率供应给每一路，先可以认为每路的输出比例是不变的（实际有误差看下面），按电流谁需要多给谁多的原则分配。