我認知的電力電子 - 2 交換式電源

交換式電源：

交換式電源大概是電力電子中基本的應用之一，也是最廣泛的應用。

交換式電源厲害的地方是，傳統變壓器重量重，轉換效率低，重量大概幾百克甚至幾公斤(根據變壓器大小)，轉換效率大約60%左右，交換式電源重量只有幾克，轉換效率85%起跳，目前常見的行動電源和3.3v、5v變壓器，轉換效率都做到95%以上，甚至98%。

原理：

整個交換式電源(Switch Power)，我把它分成3個部份和階段：

●充電

●電池

●放電

充電部份(階段)與電池部份(階段)：

充電部份(階段)通常充電會是開關電路，電池會是電容，也因為充電是開關電路，因此稱為交換式電源(Switch Power)。

至於使用充電部份使用開關電路的原因，我猜可能跟交流電有關，實際原因我可能需要再查看看。

開關電路和電容的特性先看下圖：

上圖有個地方有問題，不過先不管它，解說為主。

以DC-DC Converter來說，假設是12v轉9v的DC-DC Converter，開關電路的特性是上圖左側。

當開關電路的開關開啟時，會產生12v電壓的電力。

而電池或者電容的特性有幾個點：

1. 電容或電池的電壓

2. 電容或電池的容量(內部儲存的電力容量)

3. 電容的電壓會隨著電容量的多寡而變化

因此，假設電容量一半時，則它的電壓可能只有一半，

當然，電容實際的電壓、電容量、電流要用算的，這邊先不用管這麼細。

所以，電池或電容的特性如上圖右側，當電池或電容沒電時，電壓為0v，

隨著持續充電，電壓會隨電容量增加持續上升，直到到達我們需要的電壓。

以12v轉9v的DC-DC Converter來說，當電容充電之後，電壓會從0v變成9v。

放電部份(階段)與電池部份(階段)：

同樣的，電池部份(階段)通常是電容，而放電部份(階段)，通常是負載。

以行動電源為例子，行動電源內部電源可能是12v，經過DC-DC Converter之後是5v，輸出接的手機，手機就是負載。

前面提到在充電部份(階段)，電容會充電，直到需要的電壓。

而負載放電，會持續的從電容消耗電力，因為電容的電容量很小，通常非常短的時間(1~3秒內)就會消耗完全部電力，如下圖：

為了持續持續提供負載用電，讓電容維持在需要的電壓，因此整個DC-DC Converter會是充電、電池、放電3個階段加在一起，持續運作。

為了維持9v輸出，通常DC-DC Converter內部會有個輸出電壓偵測器，偵測器會持續偵測電容上的電壓，讓它維持在輸出電壓(這裡的例子是9v)，當到達9v時，就會讓開關電路關閉，當低於9v時，會讓開關電路開著，開關電路在開著狀態時，會持續的開關切換，進行充電。

開關電路是常見的架構，也是主要的框架，看起來複雜，但其實後面每個架構都是延伸。