电子直流电力控制器

能作为可控的直接式电子直流变流器及直流电子开关工作的一种单元。

直流电子开关是指能使直流电流通断的一种电力电子开关。

能使直流电流通断的一种电力电子开关。2100433B

实际应用的电子式直流转换器会使用开关切换的技术。直流-直流的开关电源可以将能量暂时储存，再透过输出电压释放，可以将直流电压转换为较高或是较低电压的直流电。能量的储存可以储存在电场（电容器）或是磁场（电感器或是变压器）。这种转换方式可以昇压也可以降压，切换式的转换效率可以到75%~98%，比线性电压调节器（会将不需要的能量以热的方式消耗）的效率要好。为了效率考量，其中的半导体元件开启或关闭的速度要相当快，不过因为有快速的暂态，加上电路布局上会有的杂散元件，让电路的设计更有挑战性。开关电源的高效率减少了散热片的大小或体积，也提升了便携式设备用电池供电时，可以运作的时间。在1980年代后期，因为功率级场效应管的出现，可以在较高频率下有比功率级双极性晶体管更低的切换损失，因此效率也可以进一步的提升，而且场效应管的驱动电路也比较简单。 另一个开关电源的重要突破是用功率级场效应管的同步整流技术代替飞轮二极管，其导通电路较低，也可以降低切换损失。在功率半导体广为应用之前，低功率的直流-直流同步整流器中包括一个机电式的震荡器，震荡后的电透过降压变压器，输出给真空管、半导体整流器、或是和震荡器连接的同步整流器。

大部分直流-直流转换器是设计单向转换，功率只能从输入侧流到输出侧。不过所有开关电压转换器的拓扑都可改为双向转换，可以让功率从输出侧流回输入侧，方式是将所有的二极管都改为独立控制的主动整流。双向转换器可以用在像车辆之类，需要再生制动的应用，在车辆运行时，是由转换器供电给车轮，但在刹车时，会反过来由车轮供电给转换器。

切换型的转换器以电子学的角度来看，其实比较复杂，不过因为许多电路都封装在集成电路中，需要的零件较少。在电路设计时，为了让切换噪声（EMI / RFI）降到可容许范围，而且要让高频电路可以稳定运作，需要小心的设计电路以及实际电路及元件的布局。若是在降压的应用中，切换型转换器成本比线性转换器要高，不过随着芯片设计的进步，切换型转换器的成本也在渐渐下降。

直流-直流转换器可以用集成电路（IC）再加上几个零件的方式组成，也有转换器本身就是完整的并合集成电路模组，只需要组装在电路板上即可使用。

线性电压调节器可以从电压较高但可能不稳定的直流电压源中转换出稳定的直流电压，输入输出电压差对应的功率则依焦耳定律转换为热能耗散出去，以定义上来看，可以算是直流-直流转换器，但实务上很少这么称呼线性电压调节器。电阻分压电路也可以产生和输入电压不同的输出电压，可能会加上稳压器或齐纳二极管调节输出电压，不过也很少被称为直流-直流转换器。

也有一些电容型的倍压器及多倍压器，可以将直流电压放大两倍、三倍或是其他整数倍，多半会用在输出小电流的应用上。

直流-直流转换器磁场储能

这类的直流-直流转换器会周期性将能量储存在电感器或是变压器产生的磁场中，再周期性的释放其储能，周期约在300kHz至10MHz的范围。转换器的控制是透过调整占空比（周期中导通时间所占的比例），控制的目的是为了调整输入电流、输出电压或是维持固定的功率输出。若是有变压器的直流-直流转换器，可以提供和输入电压隔离的输出电压。一般所指的“直流-直流转换器”其实是指这种磁场储能的转换器，这类电路也是开关电源的核心元件。有许多不同的组态。以下列出一些常见的组态。

以外，上述组态也可以有以下的差异：

• 硬切换

• 较简单的方式，功率晶体快速的在大电压或是大电流的情形下打开或是关闭。

• 谐振

• 配合LC电路调整通过晶体的电压及电流，让切换时晶体的电压或是电流恰好为零。

磁场储能的直流-直流转换器也可以依实际应用时，主磁性元件（变压器或是电感器）的电流分为以下二种运作模式：

• 连续模式

• 主磁性元件上的电流会变化，但不会降到零

• 不连续模式

• 主磁性元件上的电流会变化，在每个周期结束时（或是结束前）会降到零

若确认转换器输出的电流，可以将转换器设计在连续模式或是不连续模式，也可以设计转换器，在轻载（输出电流较小）时运作在不连续模式，重载（输出电流较大）时运作在连续模式。

半桥及返驰式的架构类似，需定期将储存在磁性材料中的能量耗散掉，以免铁芯磁饱和。返驰式变换器可以传输的功率会受到铁芯中可以储存的能量所限制。而顺向式变换器可以传输的功率则受到功率晶体的I/V特性所限制。

MOSFET开关可以容许同时有满载的电压及电流（不过热应力以及电迁移会降低MTBF），双载子的功率晶体一般不允许这类的应用，因此需要一个或二个snubber电路作为保护。

大电流的系统多半会用多相的转换器，也称为交错转换器（interleaved converters）。多相转换器是由多个转换器并联，输出的时间错开，因此由几个转换器轮流提供功率给输出端，其涟波较小，反应也比单相的转换器要快。

许多笔记型电脑或是台式电脑的主板都会有交错转换器来供电，有时则是用电压调节模组。

直流-直流转换器电容储能

主条目：电荷泵

切换式的电容转换器动作原理是靠电容器和开关，在不同组态下将电容器以不同的方式连结到输入侧及输出侧。例如一个降压电容转换器会让输入电源为二个串联的电容器充电，再将电容器切换为并联后再连到输出侧。在假设效率100%的情形下，输出功率和输出功率相同，输出电压为输入的一半，电流则是两倍。因为其运作原理和电荷有关，因此有时也会称为电荷泵。这类的转换器一般会用在小电流的应用中，因为若电流较大时，配合变压器或电感器的开关电源效率较高，体积也较小，会是比较好的选择。电荷泵也用在超高电压的应用下，因为高压可能会破坏磁性元件。