DC-DC變壓器概念

縱觀前面的所有5V1A電源適配器正激變換器拓?fù)?，高頻變壓器已經(jīng)被作為是電源適配器變換器拓?fù)湔w的一個(gè)部分?？墒?，也可以證明變壓器并不改變變換器的基本形式。其標(biāo)準(zhǔn)基本部件是降壓和升壓變換器。在所有正激變換器結(jié)構(gòu)中，變壓器的主要功能是提供輸入輸出間的電隔離和電壓轉(zhuǎn)換。

在變壓器級(jí)引入理想DC-DC變壓器（可在直流輸入時(shí)提供直流輸出的變壓器）的概念很有用。雖然從傳統(tǒng)的理想變壓器形式來(lái)看，這似乎是奇怪的概念。理想變壓器可以通過(guò)從直流到交流的所有頻率面沒(méi)有功率損耗。它可提供任何需要的電壓或電流比例系數(shù)，以及輸入輸出間無(wú)限好的電絕緣。它可以對(duì)所有繞組提供相同的性能。很明顯這樣的理想器件是不存在的。

6V電源適配器DC-DC變壓器概念的基本原理

對(duì)DC-DC變壓器概念感到奇怪的原因是對(duì)非理想器件的公認(rèn)，實(shí)際變壓器只能在很短時(shí)間將直流輸入傳送到直流輸出，這是由于電感有限且磁心很快飽和。可是利用在飽和出現(xiàn)前將所有變壓器接線端反向的方法，可以克服該實(shí)際局限性。

旋轉(zhuǎn)直流變換器和同步振蕩器（示于圖中，但現(xiàn)在已不用）正是這樣工作的，即借助于轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)或電同步繼電器來(lái)完成變壓器輸入和輸出端反向的物理過(guò)程。下面將對(duì)該簡(jiǎn)單的振蕩器進(jìn)行詳細(xì)分析

圖中，開(kāi)關(guān)S1（a）和S1（b）同軸且彼此同步。該同步振蕩器電路（除機(jī)械限制外）是一個(gè)幾乎理想的DC-DC變壓器。開(kāi)關(guān)是通過(guò)感應(yīng)進(jìn)行的，因此是完全雙向作用的。該變壓器可將直流從輸入傳遞到輸出或反之。這完全是由于機(jī)械開(kāi)關(guān)的雙向性質(zhì)。該電路為現(xiàn)代DC-DC變壓器概念提供了一個(gè)很好的模型。

攝像機(jī)電源適配器在現(xiàn)代半導(dǎo)體替代電路中，因?yàn)橛蔁o(wú)方向的半導(dǎo)體代替了機(jī)械開(kāi)關(guān)，所以不存在雙向作用。在方波DC-DC變換器中，原邊開(kāi)關(guān)S1（a）的作用由2個(gè)無(wú)方向的晶體管或功率MOSFET來(lái)完成，而副邊同步開(kāi)關(guān)S1（b）的作用由二極管整流器來(lái)完成。可是基本概念與同步振蕩器的相同（在飽和出現(xiàn)前，保證將變壓器的輸入和輸出反向，從而實(shí)現(xiàn)DC-DC變換）。

DC-DC變壓器舉例

在本例中，用推挽變換器來(lái)說(shuō)明其工作原理。圖2。17。2表示了一個(gè)典型的自激振蕩方波變換器。這種變換器的特點(diǎn)是以全導(dǎo)通角工作，即不使用脈寬調(diào)制，每個(gè)晶體管的導(dǎo)通占整個(gè)周期的50%。同時(shí)在這種簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)中，變換器沒(méi)有調(diào)節(jié)作用，直流輸出電壓會(huì)隨輸入而變化。

當(dāng)變換器以這種方式工作時(shí)，就是一個(gè)真正的DC-DC變壓器。其主要功能是提供升高或降低的直流電壓或電流、電隔離和多個(gè)輸出。這些輸出根據(jù)需要可以是獨(dú)立的、共地的或反極性的。

由于是自激振蕩，所需要的驅(qū)動(dòng)元件很少，變換器具有損耗非常低的優(yōu)點(diǎn)。全導(dǎo)通角工作使輸入和輸出非常接近于直流，所以幾乎不需要濾波?！?nbsp;電源適配器廠家直銷(xiāo)】

DC-DC變壓器的輸入阻抗對(duì)輸出阻抗的影響非常小。全導(dǎo)通角工作使變壓器的利用率和效率很高。在多輸出應(yīng)用中，各個(gè)獨(dú)立輸出之間的統(tǒng)一調(diào)整性很好，一般好于2%。

示于圖中的簡(jiǎn)單自激振蕩變換器是一種Royer電路的改進(jìn)電路，該電路在第14、15和16章中已有更全面的描述。雖然這種變換器通常依靠變壓器的飽和來(lái)啟動(dòng)兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的轉(zhuǎn)換，但在本例中，轉(zhuǎn)換時(shí)的集電極電流由R3和R4以及D1和D2的齊納電壓決定，變壓器并不飽和，因此提供了過(guò)載保護(hù)檢測(cè)。這是在原Royer電路的增益限制開(kāi)關(guān)作用上的一個(gè)相當(dāng)大的改進(jìn)。

這種簡(jiǎn)單的DC-DC變換器還有許多變化，但工作原理是類(lèi)似的。它的主要吸引力是極低的成本和極有效率的工作。有時(shí)認(rèn)為其缺點(diǎn)是出現(xiàn)在這些簡(jiǎn)單系統(tǒng)中的頻率變化（因?yàn)檩斎腚妷汉拓?fù)載的變化）。可是由于輸入輸出應(yīng)是直流，與工作頻率無(wú)關(guān)，所以若有有效的屏蔽措施，在所有的應(yīng)用場(chǎng)合這種情況是可以接受的。

DC-DC變壓器（自激振蕩方波變換器）由于沒(méi)有調(diào)節(jié)功能而不能單獨(dú)使用。因此通常要附加其他的調(diào)節(jié)電路以形成可調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。

對(duì)于低功率應(yīng)用場(chǎng)合，比如說(shuō)較多到10W，這種變換器常常使用線性三端輸出調(diào)節(jié)器，在單獨(dú)直流輸入時(shí)對(duì)所有多輸出進(jìn)行全調(diào)節(jié)。

常常將這些小功率可調(diào)節(jié)變換器制造成密封的部件，用來(lái)產(chǎn)生附加的局部電源適配器電壓這些部件常常直接安裝在用戶(hù)印制電路板上。

對(duì)于大功率應(yīng)用場(chǎng)合，簡(jiǎn)單的單變壓器電路可以用來(lái)為較大的變換器提供驅(qū)動(dòng)，得到雙變壓器自激振蕩變換器。其優(yōu)點(diǎn)是使較大的變壓器不會(huì)工作于飽和方式。

開(kāi)關(guān)變換器可以位于DC-DC變壓器之前，具有對(duì)直流變壓器輸出的閉環(huán)控制。對(duì)于多輸出應(yīng)用場(chǎng)合，由于DC-DC變壓器的低24V2A電源適配器阻抗提供了非常好的負(fù)載特性，并對(duì)附加輔助輸出具有交叉調(diào)節(jié)作用，所以這是理想的組合。

應(yīng)注意理想形式的DC-DC變壓器只提供電壓變換和原邊與副邊的隔離，因此它只是種溫和的模塊。它不改變功率控制方法的基本特性。降壓變換器仍然是保持轉(zhuǎn)換特性不變的降壓變換器，升壓變換器也同樣如此。降壓或升壓過(guò)程通常融入DC-DC變換器中使這些基本關(guān)系不易被察覺(jué)。

總之，降壓或升壓變換器位于DC-DC變換器之前或之后，甚至集成于DC-DC變換器內(nèi)部，它們保留了基本降壓或升壓變換器的所有特性。