开关电源 (SMPS) 是现代电子产品中必不可少的组件，在高效地将电能从一种形式转换为另一种形式方面发挥着关键作用。这些设备无处不在，为各种应用提供所需的电力，从各种工业应用到计算机、电视和智能手机。本文深入探讨了什么是 SMPS、何时可能需要 SMPS，以及如何选择适合您需求的型号。

什么是 SMPS？

什么是 smps？开关电源(SMPS) 是一种电源转换器，它使用开关设备（例如 MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管））将电能从一种形式转换为另一种形式。这些开关设备以高频率开启和关闭，通常范围为 20 kHz 至 200 kHz，并与电容器和电感器等储能元件配对。快速开关和储能的结合使电源能够在开关设备不导通期间输送电力。

与传统线性电源相比，SMPS 效率更高，效率高达 90%。SMPS 体积更小、更紧凑，非常适合空间有限的设备。SMPS 的基本功能是将输入功率（通常是交流电源）转换为所需的输出功率，通常是直流电 (DC)，但也有提供交流输出的变体。

根据输入和输出电压划分的 SMPS 类型

开关电源（SMPS）根据输入和输出类型可分为四大类：

1. AC 到 DC（离线直流电源）：将主电源的交流电 (AC) 转换为直流电 (DC)。

2. 直流到直流 (转换器)：将直流电从一个电压电平转换为另一个电压电平，可以是升压 (升压) 或降压 (降压)。

3. 直流到交流（逆变器）：将直流转换为交流，常用于不间断电源（UPS）和太阳能逆变器。

4. 交流到交流（循环变频器或变频器）：改变交流电的频率，通常用于专门的工业应用。

SMPS 拓扑

SMPS 的拓扑是指其电路设计，它决定了电力如何从输入传输到输出。常见的 SMPS 拓扑包括：

• 降压转换器：降低电压（直流到直流）。

• 升压转换器：提高电压（直流到直流）。

• 反激式转换器：隔离升压或降压（交流至直流）。

• 正向转换器：隔离降压（交流至直流）。

• 推挽式转换器：隔离降压或升压。

• 半桥和全桥转换器：用于大功率应用和隔离。

根据具体应用，每种拓扑都有各自的优势。例如，降压转换器对于降压转换效率极高，而当需要输入和输出之间的隔离时，反激式转换器则是首选。

我是否需要开关电源？

在决定您的应用是否需要 SMPS 时，必须考虑几个因素，包括输入功率的性质、所需的输出功率以及设备所需的效率。以下是一些需要考虑的关键点：

SMPS 的优势

• 效率：SMPS 可实现 80% 至 90% 或更高的效率，这明显优于通常效率低于 65% 的线性电源。

• 尺寸紧凑：由于使用高频开关，SMPS 比传统电源小得多、轻得多，使其成为现代紧凑型电子设备的理想选择。

• 灵活性：SMPS 可以轻松转换各种输入电压并提供不同的输出电压，使其适用于各种应用。

常见应用

• 计算机和服务器：  SMPS用于为计算机和服务器内的敏感电路提供稳定的电源。它们有效地将交流电源电压转换为所需的直流电压。

• 消费电子产品：电视、音频设备和游戏机等设备依靠 SMPS 进行电源转换。

• 电池供电设备：许多电池供电的设备使用 SMPS 转换来自电池或充电器的直流电压。

• 工业设备：SMPS 广泛用于电源转换效率至关重要的工业控制系统和自动化领域。

如果您正在设计需要紧凑、高效电源转换的设备（无论是用于笔记本电脑、LED 灯还是太阳能逆变器），SMPS 可能是最佳选择。

如何选择 AC-DC 开关电源

为您的应用选择 AC-DC 开关电源时，必须评估以下因素，以确保最佳性能和与设备电源要求的兼容性：

1. 输入输出电压

首先要考虑的是输入电压。SMPS 可以接受一系列输入电压，从标准 110V AC 或 230V AC（用于主电源）到 DC 输入。对于 AC 输入，验证 SMPS 是否支持您所在地区的电压水平（例如 110V 或 230V AC）至关重要。

接下来，考虑所需的输出电压。SMPS 旨在将交流输入转换为特定的直流输出电压，通常为 5V、12V 或 24V，但还有许多其他输出电压可供选择。务必选择能够为您的设备提供正确输出电压的型号。

2. 功率处理和效率

SMPS 的额定功率应与设备的功率要求相匹配。检查数据表以确保电源能够为负载提供足够的电流和电压。效率是另一个重要的考虑因素，因为更高的效率可以减少能源浪费和热量产生。

• 效率等级：效率至少应达到 85%，但对于高性能应用，请寻找效率超过 90% 的 SMPS。更高的效率有助于最大限度地减少热量积聚，并减少对冷却解决方案的需求。

3. 线路调整率和负载调整率

线路调节是指电源在输入电压变化的情况下保持恒定输出电压的能力。对于大多数应用，+/-3% 内的线路调节是可以接受的。但是，对于医疗设备或敏感电子设备等关键系统，可能需要更严格的调节。

负载调节是指在不同负载条件下输出电压的维持情况。无论负载消耗多少电流，调节良好的电源都能确保电压稳定。

4. 峰值输出或提升能力

在某些应用中，例如电机或大型电容器，您可能需要能够处理短时间高电流的电源。具有峰值输出能力的电源可以在短时间内提供临时功率提升（通常为额定负载的 150%）而不会造成损坏。当负载需要电流激增才能启动或运行时，此功能非常有用。

5. 安全与合规

确保电源符合您所在地区和应用的相关安全标准。常见标准包括：

• IEC 62368-1：适用于信息技术和视听设备。

• IEC 60601-1：适用于医疗设备。

• IEC 60335-1：适用于家用电器。

• 能源效率标准：寻求符合能源效率法规，例如 DOE VI 级（美国）或 EcoDesign 2019/1782（欧洲）。

此外，确保电源符合电磁干扰 (EMI) 标准，例如 CISPR32 和 FCC Part 15，以最大限度地减少噪音和干扰。

6. 冷却解决方案

如果您的电源以较高的输出水平运行，则可能需要主动冷却（例如风扇）来消散电源转换过程中效率低下产生的热量。一些高效型号可以依靠被动冷却解决方案，例如散热器或传导冷却。

结论

开关电源(SMPS) 是现代电子系统中不可或缺的一部分，具有高效率、紧凑尺寸和灵活性。无论您是设计计算机、智能手机、LED 照明系统还是工业控制系统，选择合适的 SMPS 对确保可靠的性能和能源效率都至关重要。

选择 SMPS 时，请考虑输入/输出电压、功率处理、效率、调节和安全标准等因素。通过考虑这些因素，您可以找到最适合您应用的电源解决方案，确保长期性能和可靠性。