開關電源的基本組成及其工作原理

開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（pWM）控制IC和MOSFET構成。隨著電力電子技術的發展和創新，使得開關電源技術也在不斷地創新。目前，開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛使用幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的一種電源方式。

開關電源產品廣泛使用于工業自動化控制、軍工設備、科研設備、LED照明、工控設備、通訊設備、電力設備、儀器儀表、醫療設備、半導體制冷制熱、空氣凈化器，電子冰箱，液晶顯示器，LED燈具，通訊設備，視聽產品，安防監控，LED燈袋，電腦機箱，數碼產品和儀器類等范疇。

開關電源的基本組成：

開關電源大至由主電路、控制電路、測試電路、輔助電源四大部份組成，見圖1。

1.主電路

沖擊電流限幅：限制接通電源瞬間輸入側的沖擊電流。

輸入濾波器：其作用是過濾電網存在的雜波及妨礙本機萌生的雜波反饋回電網。

整流與濾波：將電網交流電源筆直整流為較平滑的直流電。

逆變：將整流后的直流電變為高頻交流電，這是高頻開關電源的核心部分。

輸出整流與濾波：依據負載需要，提供穩定可靠的直流電源。

2.控制電路

一方面從輸出端取樣，與設定值進行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或脈頻，使輸出穩定，另一方面，依據探測電路提供的數據，經保護電路鑒別，提供控制電路對電源進行各種保護措施。

3.測試電路

提供保護電路中正在運行中各種參數和各種儀表數據。

4.輔助電源

實現電源的軟件（遠程）啟動，為保護電路和控制電路（pWM等芯片）工作供電。

開關電源的工作原理：

開關電源的工作過程相當容易理解，在線性電源中，讓功率晶體管工作在線性模式，與線性電源不同的是，pWM開關電源是讓功率晶體管工作在導通和關斷的狀態，在這兩種狀態中，加在功率晶體管上的伏-安乘積是很小的（在導通時，電壓低，電流大；關斷時，電壓高，電流小）/功率器件上的伏安乘積就是功率半導體器件上所萌生的損耗。

與線性電源相比，pWM開關電源更為有效的工作過程是通過斬波，即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來實現的。脈沖的占空比由開關電源的控制器來調節。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過變壓器來升高或降低。通過增加變壓器的二次繞組數就可以增加輸出的電壓值。最后這些交流波形經過整流濾波后就得到直流輸出電壓。

控制器的主要目的是保持輸出電壓穩定，其工作過程與線性形式的控制器很類似。也就是說控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器，可以設計成與線性調節器相同。他們的不同之處在于，誤差放大器的輸出（誤差電壓）在驅動功率管之前要經過一個電壓/脈沖寬度轉換單元。開關電源有兩種主要的工作方式：正激式變換和升壓式變換。盡管它們各部分的布置差別很小，但是工作過程相差很大，在特定的使用場合下各有優勢。

開關電源就是采用功率半導體器件作為開關元件，通過周期性通斷開關，控制開關元件的占空比來調整輸出電壓。開關元件以一定的時間間隔重復地接通和斷開，在開關無件接通時輸入電源Vi通過開關S和濾波電路向負載RL提供能量，當開關S斷開時，電路中的儲能裝置（L1、C2、二極管D組成的電路）向負載RL釋放在開關接通時所儲存的能量，使負載得到連續而穩定的能量。

VO=TON/T*Vi

VO為負載兩端的電壓均勻值

TON為開關每次接通的時間

T為開關通斷的工作周期

由式可知，改變開關接通時間和工作周期的比例，VO間電壓均勻值也隨之改變，因此，隨著負載及輸入電源電壓的變化自動調整TON和T的比例便使輸出電壓VO維持不變。改變接通時間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種辦法稱為時間比率控制（TImeRaTIonControl，縮寫為TRC）。

按TRC控制原理，有三種方式：

1.脈沖寬度調制（pulseWithModulaTIon，縮寫為pWM）

開關周期恒定，通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式。

2.脈沖頻率調制（pulseFrequencyModulaTIon，縮寫為pFM）

導通脈沖寬度恒定，通過改變開關工作頻率來改變占空比的方式。

3.混合調制

導通脈沖寬度和開關工作頻率均不固定，彼此都能改變的方式，它是以上二種方式的混合。

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