开关电源功率变换中的一些本质性概念和理解分享

开关电源是模拟电路设计中不可跨越的一道门槛，同时很多朋友对开关电源设计感到神秘而好奇，究其原因，是因为对电感，电容，电阻等一些列元器件的本质属性还不是特别清晰。

今天和大家分享的就是在功率变换中的一些本质性概念和理解。

1.功率变换器：  

是将能量进行转换的电路设计。其目的是将原有能量经过变换器的加工，成为负载能够使用的能量。  

常见的功率变换器就是各种的工业开关电源，各种家用设备的适配器等等：

 2.功率变换器具体工作过程：  

是从上一级电源吸取能量，通过开关管（如晶体管）将原有能量切割成一份一份的能量包，再通过电感电容这样的储能但是理论上不消耗能量的元器件将能量汇总，在输出端汇总以后的能量（如形成的电源），便是后级负载需要使用的能量，最终这些能量供给负载消耗。

总结：输入源-》功率变换-》输出端汇总-》负载消耗

3.功率变换器为什么主要构成是开关管和电感电容？  

功率变换目的是为后端提供高效的能量，因此首先选择无阻性【理论上】消耗的电感和电容作为主要储能元器件，能量一旦流经较大电阻，必定是电压和电流形式，这样会产生功率损耗，进而会提高温度，而这就意味着能量转换效率降低。因此在功率电源变换器中主要拓扑元器件便使用了开关管，电感和电容这类的储能而不消耗能量的元器件。

4.功率变换器的效率为什么达不到百分之百？  

这个问题可以简单的在宏观上利用能量守恒来解释，那就是常温环境下能量的转换必然带有损失，比如器件发热，这部分能量也来自上一级的能量，因为能量是不能凭空出现和消失的。  

输入的能量=损耗的能量+给后级负载提供的能量。  

从具体元器件上看，虽然我们是用的主要元器件是无损的电感和电容，但是开关管，电感，电容这些器件是实际的元器件，并不是理想的模型。

因此在开关管开关时有损耗，有导通内阻，电感有DCR，电容有ESR，而且实际电路也不是只由这三种元器件构成，因此在电路中到处都有阻值很小电阻的存在，这些电阻在能量流过时，会产生一定的损耗，其中大部分都会变成热量损耗掉。因此效率上不能够达到100%。  

虽然目前的电源还不能够达到100%的效率，但是目前的设计可以达到90%以上，一般应用场景也够用了，而且随着技术的提高，效率也在不断的上升。

我们工程师在设计时，考虑的是要在效率和成本之间寻求最优点，而且在商用产品上，产品上市时间也是一定的优势因素考量。   

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审核编辑：刘清