工业电源和DC/DC转换器

　　工业电源是将电能转换为其他大小和类型的组件。许多工业电源将这种市电交流电源转换为适当形式的直流电源。然而，其他工业电源模块执行直流到直流电源的转换——也写为直流/直流和直流-直流转换。这些工业电源称为 dc/dc 或 dc-to-dc 转换器，可以将高压电平变为更低电平，反之亦然。这些DC-DC电源转换器处理的电压电平变化很大。

　　dc/dc 转换器的工作原理

　　DC-DC工业电源是使用多种开关技术之一来执行转换的开关模式设备。开关通常是功率转换的首选，因为它比线性转换系统效率更高（产生更少的热量）。直流到直流转换器比比皆是——具有各种拓扑、流向和板级器件。但从本质上讲，所有转换器都从电源接收输入直流电源……在工业环境中，通常是连接到交流电源的交流到直流工业电源。以下是最基本的工作原理：从交流/直流电源进入直流/直流转换器的能量在作为输出电压释放之前暂时收集在存储元件中。

　　当然，DC-DC工业转换器依赖于其他内部流程和工作原理。

　　非隔离式 DC-DC 电源转换器在降压、升压、降压-升压和 Ćuk 布置中使用 MOSFET、IGBT 或 BJT 晶体管。

　　根据电源转换器的类型和主要功能，它可能包括变压器、电感器、二极管、滤波器和整流器。无论输入电压和输出电流如何变化，直流/直流转换器使用闭合反馈环路来保持恒定的输出电压。这些器件的额定输入电压和电流以及输出电压和电流通常是额定的。有些单元可能具有电压调节功能，让工程师可以在指定范围内调节输出电压。一些转换器甚至可能包括额外的功能，例如内置冗余和反向输入极性保护。虽然大多数 dc/dc 转换器通常只有一个输入，但其他转换器提供双输出或多输出配置。

　　DC-DC转换器的类型

　　对 DC/DC转换器进行分类的最常见分类法根据组件执行的电压变化（或增加或减少）对它们进行分组……对于 DC-DC 转换器类别，如下所示。

　　降压转换器：也称为降压转换器，降压转换器降低电压以在输出端产生低于输入端的电压。例如，降压转换器可以从 12V 输入提供 5V 电压。输出电压的极性与输入电压的极性相匹配。

　　升压转换器：这些转换器执行与降压转换器相反的功能。也称为升压转换器，它们接收一些电压并在输出端将其提升到更高的幅度。输出电压保持输入的极性。

　　降压-升压转换器：降压-升压转换器可以提高或降低电压电平。换句话说，这些两用转换器可以充当降压或升压转换器——尽管不能同时使用。降压-升压转换器还可以反转电压的极性。事实上，这些转换器的其他变体比比皆是。一种是所谓的最佳拓扑转换器或Ćuk转换器（以发明者SlobodanĆuk命名）也能够实现零纹波电流。

　　单端初级电感转换器或 SEPIC：这基本上是降压-升压转换器之前的升压转换器。这些转换器执行与降压-升压转换器相同的功能……但具有产生不反极性输出电压的优势。

　　所有这些 dc/dc 转换器都包含略有不同的组件，以执行本质上非隔离的电源转换——因为输出端子共享一个公共地线，因此没有电气隔离。非隔离式转换器使用电感器和电容器存储能量。虽然这些转换器更便宜，但它们会产生更多的噪音，并且不适合高电压。然而，它们适用于低压应用……实际上在工业应用中更为普遍。

　　相比之下，隔离式转换器将变压器输入和输出电气隔离……这在高压应用中特别有用。隔离式转换器子类型包括反激式、推挽式、正向式和全桥式。

　　此处显示的只是一种典型的 DC-DC电源转换器应用。

　　常见的 DC-DC 转换器用途

　　DC-DC转换器在工业环境中有许多应用。

　　从电源为具有不同额定值的组件供电：工业测试、监控、控制、自动化和其他直流供电设备使用各种电压。例如，控制柜通常包含许多共同运行的组件，这些组件都依赖于不同额定电压的直流电源。虽然工业电源用于将输入交流电转换为所需的直流电，但它们通常一次只提供一个电压电平。DC-DC转换器以各自所需的电压水平为各种组件供电。例如，一个 24-V PLC 和 12-V 警报器可能会使用一个 24-V 交流到直流工业电源。在这里，可以在电源和警报器之间安装一个 24V 至 12V 的 DC-DC 转换器，以将 24V 降压至警报所需的 12V。任何其他组件都可以类似地与不同额定值的转换器一起使用。

　　应对波动：一些工业电源可能会出现轻微的输出电压波动。这些上升和下降可能不利于附属设备的运行。在这里，可以添加 DC-DC 电源以保持稳定的电压电平，而不受输入波动的影响。

　　调节功率：在 AC-DC 转换期间，电压电平通常是周期性的。虽然电源通常包含一个电容滤波器来应对剧烈变化，但这不足以消除纹波。电源通常具有电压调节器以进一步平滑电压 - 尽管在未调节的工业电源中，此功能不存在。使用此类模块时，DC-DC电源转换器对于完全调节输出电压至关重要。

　　电压降补偿：如果电力在到达受电设备之前必须通过较长的电缆，则可能会出现轻微的电压降。更重要的是，随着时间的推移，一些电源的效率会越来越低——最终产生的电压低于额定电压。这些场景中的 DC-DC转换器可以通过将供应的功率提升到正确的电压水平来补偿这些损耗。