開關(guān)電源：雖然過去的大多數(shù)直流電源都是基于用變壓器降低輸入交流電壓的電路，然后進(jìn)行整流和濾波，但現(xiàn)在已經(jīng)不是這樣了。更常見的情況是，現(xiàn)代電源完全跳過變壓器，在輸入相對較高的電壓(如120√2 =170v峰值)再用dc- dc變換器，來調(diào)節(jié)直流輸出電壓。

實際的dc- dc電壓轉(zhuǎn)換電路相當(dāng)復(fù)雜(參見P. T. Krein, 1998)，但我們可以通過簡單地研究圖2.25所示的簡單buck變換器來對其工作原理有一個基本的了解。

整流后的輸入(高)電壓由電壓為Vin的理想直流源表示。還有一個開關(guān)，允許直流輸入電壓(a)通過二極管連接，以便它可以向電感和負(fù)載提供電流，或(b)完全斷開電路。開關(guān)不是手動打開或關(guān)閉的東西，而是一種可以通過電氣控制信號快速開關(guān)和關(guān)閉的半導(dǎo)體器件。電力期貨資料庫。開關(guān)本身通常是一個絕緣柵極雙極晶體管(IGBT)，一個可控硅整流器(SCR)，或一個門斷晶閘管(GTO)——這些設(shè)備你可能在電子課程中遇到過，但我們不需要在這里理解它們是電壓控制的開/關(guān)開關(guān)。電壓控制是一個信號，我們可以認(rèn)為它的值為0或1。控制信號為1時，開關(guān)閉合(短路);當(dāng)它為0時，開關(guān)打開。這種開/關(guān)控制可以通過相關(guān)的數(shù)字(有時是模擬)電路來完成，這里沒有顯示。

buck變換器的基本思想是通過快速打開和關(guān)閉開關(guān)，允許短脈沖電流通過電感流到負(fù)載(這里用電阻表示)。當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時，二極管反向偏置(開路)，電流直接從源流向負(fù)載(電力期貨資料庫)。當(dāng)開關(guān)打開時，如圖2.26b所示，電感器保持電流通過負(fù)載電阻和二極管(記住，電感器作為“電流動量”設(shè)備-我們不能瞬間啟動或停止電流通過一個)。如果開關(guān)以足夠高的頻率打開和關(guān)閉，流向負(fù)載的電流就沒有太多的機(jī)會增加或衰減;也就是說，它是相當(dāng)恒定的，在輸出端產(chǎn)生直流電壓。

buck變換器中需要描述的另一個特性是直流輸入電壓Vin和直流輸出電壓Vout之間的關(guān)系。事實證明，這種關(guān)系是開關(guān)占空比的簡單函數(shù)。占空比D被定義為控制電壓為“1”且開關(guān)閉合時間的百分?jǐn)?shù)。圖2.27說明了占空比的概念。

我們現(xiàn)在可以畫出通過負(fù)載的電流和來自源的電流，電力期貨資料庫。當(dāng)開關(guān)閉合時，兩個電流相等且上升。當(dāng)開關(guān)打開時，輸入電流立即降為零，負(fù)載電流開始下降。如果開關(guān)率足夠快(它們就是這樣設(shè)計的)，這些電流的上升和下降本質(zhì)上是是線性的，所以它們在圖中顯示為直線。用T表示開關(guān)電路的周期，那么在每個周期內(nèi)開關(guān)閉合DT秒。

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