SMPS的类型

SMPS类型或SMPS拓扑是对开关模式电源的各种电路配置进行分类的方式。从广义上讲，开关模式电源可分为非隔离SMPS和隔离SMPS。

在本内容中，我们将详细了解不同类型的SMPS。在进一步讨论之前，让我们简单介绍一下-

什么是SMPS?

SMPS，即开关模式电源，是用于将电源从电源输送到负载的电源单元。与线性电源不同，它涉及半导体开关技术，为负载提供输出信号。

通常，负载需要调节形式的直流信号作为输出。通过使用SMPS，可将无调节直流或交流输入信号转换为负载实际所需的无调节直流信号。它包含一个开关装置，打开时处于饱和模式，关闭时处于截止模式。因此，作为一个理想的开关。

smp拓扑

下图显示了SMPS是如何分类的:

非隔离SMPS是其输入和输出电路彼此不隔离的SMPS。虽然存在许多非隔离SMPS，但主要有三种类型的非隔离SMPS是Buck、Boost和Buck-Boost SMPS。在这些开关模式电源中，没有使用这样的设备可以将开关电路与输出电路分开。这里电感被用作能量储存元件。

而隔离的SMPS是在输入和输出电路之间保持隔离的SMPS。尽管存在几种孤立的SMPS，但已知的两种主要类型是反激变换器和正激变换器。这些开关模式电源利用变压器将开关与输出分开。变压器的二次绕组起储能元件的作用。

这里需要注意的是，开关器件可以是功率晶体管或MOSFET。

现在让我们了解每种类型是如何运作的。

Buck开关调节器

Buck开关稳压器产生的直流输出信号的值小于所提供的输入信号。因此，又被赋予了另一个名字，降压转换器。

下图是降压开关稳压器的电路表示:

在这里，它是由2个开关形成的，即一个晶体管Q和一个二极管D，以及一个储能元件，即电感l。电容器C用于平滑目的。这个电路的两种工作模式取决于晶体管是开着还是关着。

当提供一个高输入脉冲时，晶体管接通，D得到反向偏置。由于反向偏置条件，没有电流流过二极管，晶体管的电流将通过电感到达负载。根据法拉第定律，电感器将与电流的变化相反。因此，负载电流在磁场中随着膨胀而逐渐增大，同时电感进行能量储存。此外，这个电流将给电容器C充电，直到电源电压，连接在负载上。

当提供一个低输入脉冲时，晶体管就会断开，没有电流流过它。在没有外部电源的情况下，电感器周围的磁场将无法维持，从而在整个电感器上产生反向极性的电压。所以，电压存在跨电感现在将使二极管正向偏压，这一次电流通过二极管通过负载。同时，电容器内的电荷也供应给负载。这个过程将一直持续到晶体管重新开始导电为止。

在晶体管的关闭状态，电感和电容器将作为LC滤波器，将平滑波纹由于晶体管的开关作用。

负载时的平均输出由占空比D给出:

这些用于计算机系统，效率约为90%。

升压开关调节器

升压型SMPS产生这样的直流输出信号，其值大于所提供的输入信号。因此，有时也称为升压变换器。下图是升压变换器的电路表示:

在升压配置中，当高脉冲出现在输入端时，晶体管接通。这里允许电流从电感开始流过晶体管，再流回电源输入。此时，由于二极管相对于晶体管的反向偏置配置，没有电流到达负载，但电感将存储能量。

而当负脉冲出现在输入端时，晶体管将进入非导电状态。由于晶体管处于关断状态，二极管现在正向偏置并开始导电。在这种情况下，电源输入将通过正向偏置二极管传递到负载。此外，储存在电感器中的能量也将同时传递给负载。

因此，在这种情况下，传递给负载的总能量将是输入供应能量V的和_在能量储存在电感V中_l．用同样的能量，C会被带电。

当晶体管再次启动时，之前充电的电容器就会充当电源，并将电力输送到负载上。

它可以应用于电池充电器和闪光灯等。

降压-升压开关调节器

SMPS的buck-boost配置产生的输出值可能大于或小于供应输入，这取决于条件。下图为buck-boost变换器的电路:

最初，当输入端存在一个高脉冲时，晶体管接通，在这种情况下，电流流过电感器并返回到电源，从而为电感器充电。此时，由于二极管的反向偏置状态，没有输入功率被传递给负载。

但是，只要在输入端提供低脉冲，晶体管就会关闭，这使得二极管由于其正向偏置条件而导电。因此，在晶体管的关闭状态下，以前存储在电感器内的能量(具有相反的极性)现在将通过二极管同时给电容器充电传递到负载。

这提供了一个具有反极性的输出电压，根据占空比可以比电源输入多或少。

buck-boost变换器的输出电压为:

之所以这样叫，是因为它可以在降压模式或升压模式下工作。

所有上述讨论的配置在其电路中都没有变压器，但变压器是隔离SMPS的关键部分。让我们看看孤立的SMPS是如何工作的。

回程转换器

在这种情况下，开关设备与输出电路完全隔离，下面给出的反激变换器的电路表示清楚地显示了相同的情况:

这里是反激变压器，其中只有一个绕组在同一时间进行。它是一种能量储存和能量传递装置。为了显示两个变压器绕组的极性，在两个绕组上都使用点。

在高输入脉冲期间，晶体管将接通，电流将流过变压器的一次绕组并到达电源输入。由于电流的流动，电压将在二次绕组中感应，但由于两个绕组中的点在不同的方向上，因此它的极性相反。在次级绕组上的反向极性，反向偏压二极管d。在这种情况下，存储在电容器内的电荷充当向负载提供功率的源。

然而，在低输入脉冲期间，晶体管将关闭，没有电流流过变压器的一次绕组。此时，二次绕组释放能量并反转其极性。这个正向偏压二极管和电流将流过它。因此，现在电力将被输送到负载，同时电容器将被充电。

在这里，变压器绕组的匝数比将决定所产生的输出是否比输入多或少。

向前转换器

正激变换器也是基于一种隔离类型的SMPS，它包含一个变压器。下图为正激变换器的电路，其中两个点在变压器的两个绕组上对应相同的极性:

当提供一个高输入脉冲时，晶体管接通，电流开始流过变压器的一次绕组。初级绕组中的流动电流在次级绕组中引起电流。然而，不像反激变换器，这里两个绕组的极性是相同的。这使二极管D正向偏置₀电流通过电感给电容器充电到达负载。流动的电流将能量储存在电感器内。

但是，一旦给出一个低输入脉冲，晶体管就停止工作，没有电流流过变压器的一次绕组。因此，在二次绕组中没有电压进一步感应。在这种情况下，存储在电感器中的能量将正向偏置二极管D，并将能量提供给负载。当L内的能量完全耗尽后，电容器将进一步作为能量来源。

这些相对复杂的反激变换器和使用在高功率要求的应用。