電子直流電力控制器簡介

能作為可控的直接式電子直流變流器及直流電子開關工作的一種單元。

直流電子開關是指能使直流電流通斷的一種電力電子開關。

能使直流電流通斷的一種電力電子開關。2100433B

實際應用的電子式直流轉換器會使用開關切換的技術。直流-直流的開關電源可以將能量暫時儲存，再透過輸出電壓釋放，可以將直流電壓轉換為較高或是較低電壓的直流電。能量的儲存可以儲存在電場（電容器）或是磁場（電感器或是變壓器）。這種轉換方式可以昇壓也可以降壓，切換式的轉換效率可以到75%~98%，比線性電壓調(diào)節(jié)器（會將不需要的能量以熱的方式消耗）的效率要好。為了效率考量，其中的半導體元件開啟或關閉的速度要相當快，不過因為有快速的暫態(tài)，加上電路布局上會有的雜散元件，讓電路的設計更有挑戰(zhàn)性。開關電源的高效率減少了散熱片的大小或體積，也提升了便攜式設備用電池供電時，可以運作的時間。在1980年代后期，因為功率級場效應管的出現(xiàn)，可以在較高頻率下有比功率級雙極性晶體管更低的切換損失，因此效率也可以進一步的提升，而且場效應管的驅動電路也比較簡單。 另一個開關電源的重要突破是用功率級場效應管的同步整流技術代替飛輪二極管，其導通電路較低，也可以降低切換損失。在功率半導體廣為應用之前，低功率的直流-直流同步整流器中包括一個機電式的震蕩器，震蕩后的電透過降壓變壓器，輸出給真空管、半導體整流器、或是和震蕩器連接的同步整流器。

大部分直流-直流轉換器是設計單向轉換，功率只能從輸入側流到輸出側。不過所有開關電壓轉換器的拓撲都可改為雙向轉換，可以讓功率從輸出側流回輸入側，方式是將所有的二極管都改為獨立控制的主動整流。雙向轉換器可以用在像車輛之類，需要再生制動的應用，在車輛運行時，是由轉換器供電給車輪，但在剎車時，會反過來由車輪供電給轉換器。

切換型的轉換器以電子學的角度來看，其實比較復雜，不過因為許多電路都封裝在集成電路中，需要的零件較少。在電路設計時，為了讓切換噪聲（EMI / RFI）降到可容許范圍，而且要讓高頻電路可以穩(wěn)定運作，需要小心的設計電路以及實際電路及元件的布局。若是在降壓的應用中，切換型轉換器成本比線性轉換器要高，不過隨著芯片設計的進步，切換型轉換器的成本也在漸漸下降。

直流-直流轉換器可以用集成電路（IC）再加上幾個零件的方式組成，也有轉換器本身就是完整的并合集成電路模組，只需要組裝在電路板上即可使用。

線性電壓調(diào)節(jié)器可以從電壓較高但可能不穩(wěn)定的直流電壓源中轉換出穩(wěn)定的直流電壓，輸入輸出電壓差對應的功率則依焦耳定律轉換為熱能耗散出去，以定義上來看，可以算是直流-直流轉換器，但實務上很少這么稱呼線性電壓調(diào)節(jié)器。電阻分壓電路也可以產(chǎn)生和輸入電壓不同的輸出電壓，可能會加上穩(wěn)壓器或齊納二極管調(diào)節(jié)輸出電壓，不過也很少被稱為直流-直流轉換器。

也有一些電容型的倍壓器及多倍壓器，可以將直流電壓放大兩倍、三倍或是其他整數(shù)倍，多半會用在輸出小電流的應用上。

直流-直流轉換器磁場儲能

這類的直流-直流轉換器會周期性將能量儲存在電感器或是變壓器產(chǎn)生的磁場中，再周期性的釋放其儲能，周期約在300kHz至10MHz的范圍。轉換器的控制是透過調(diào)整占空比（周期中導通時間所占的比例），控制的目的是為了調(diào)整輸入電流、輸出電壓或是維持固定的功率輸出。若是有變壓器的直流-直流轉換器，可以提供和輸入電壓隔離的輸出電壓。一般所指的“直流-直流轉換器”其實是指這種磁場儲能的轉換器，這類電路也是開關電源的核心元件。有許多不同的組態(tài)。以下列出一些常見的組態(tài)。

以外，上述組態(tài)也可以有以下的差異：

• 硬切換

• 較簡單的方式，功率晶體快速的在大電壓或是大電流的情形下打開或是關閉。

• 諧振

• 配合LC電路調(diào)整通過晶體的電壓及電流，讓切換時晶體的電壓或是電流恰好為零。

磁場儲能的直流-直流轉換器也可以依實際應用時，主磁性元件（變壓器或是電感器）的電流分為以下二種運作模式：

• 連續(xù)模式

• 主磁性元件上的電流會變化，但不會降到零

• 不連續(xù)模式

• 主磁性元件上的電流會變化，在每個周期結束時（或是結束前）會降到零

若確認轉換器輸出的電流，可以將轉換器設計在連續(xù)模式或是不連續(xù)模式，也可以設計轉換器，在輕載（輸出電流較?。r運作在不連續(xù)模式，重載（輸出電流較大）時運作在連續(xù)模式。

半橋及返馳式的架構類似，需定期將儲存在磁性材料中的能量耗散掉，以免鐵芯磁飽和。返馳式變換器可以傳輸?shù)墓β蕰艿借F芯中可以儲存的能量所限制。而順向式變換器可以傳輸?shù)墓β蕜t受到功率晶體的I/V特性所限制。

MOSFET開關可以容許同時有滿載的電壓及電流（不過熱應力以及電遷移會降低MTBF），雙載子的功率晶體一般不允許這類的應用，因此需要一個或二個snubber電路作為保護。

大電流的系統(tǒng)多半會用多相的轉換器，也稱為交錯轉換器（interleaved converters）。多相轉換器是由多個轉換器并聯(lián)，輸出的時間錯開，因此由幾個轉換器輪流提供功率給輸出端，其漣波較小，反應也比單相的轉換器要快。

許多筆記型電腦或是臺式電腦的主板都會有交錯轉換器來供電，有時則是用電壓調(diào)節(jié)模組。

直流-直流轉換器電容儲能

主條目：電荷泵

切換式的電容轉換器動作原理是靠電容器和開關，在不同組態(tài)下將電容器以不同的方式連結到輸入側及輸出側。例如一個降壓電容轉換器會讓輸入電源為二個串聯(lián)的電容器充電，再將電容器切換為并聯(lián)后再連到輸出側。在假設效率100%的情形下，輸出功率和輸出功率相同，輸出電壓為輸入的一半，電流則是兩倍。因為其運作原理和電荷有關，因此有時也會稱為電荷泵。這類的轉換器一般會用在小電流的應用中，因為若電流較大時，配合變壓器或電感器的開關電源效率較高，體積也較小，會是比較好的選擇。電荷泵也用在超高電壓的應用下，因為高壓可能會破壞磁性元件。