开关电源工作原理

开关电源工作原理

对于高频开关电源而言，AC输入电压可以在进入变压器之前升压（升压前一般是50-60 KHz）。随着输入电压的升高，变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。这种高频开关电源正是我们的个人PC以及像VCR录像机这样的设备所需要的。需要说明的是，我们经常所说的“开关电源”其实是“高频开关电源”的缩写形式，和电源本身的关闭和开启式没有任何关系的。
   
事实上，终端用户的PC的电源采用的是一种更为优化的方案：闭回路系统（closed loop system）——负责控制开关管的电路，从电源的输出获得反馈信号，然后根据PC的功耗来增加或者降低某一周期内的电压的频率以便能够适应电源的变压器（这个方法称作PWM，Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）。所以说，开关电源可以根据与之相连的耗电设备的功耗的大小来自我调整，从而可以让变压器以及其他的元器件带走更少量的能量，而且降低发热量。
   
反观线性电源，它的设计理念就是功率至上，即便负载电路并不需要很大电流。这样做的后果就是所有元件即便非必要的时候也工作在满负荷下，结果产生高很多的热量。
 
下图1和2描述的是开关电源的PWM反馈机制。图3描述的是没有PFC(Power Factor Correction，功率因素校正) 电路的廉价电源，图4描述的是采用主动式PFC设计的中高端电源。

图1：没有PFC电路的电源

图2：有PFC电路的电源
   
通过图3和图4的对比我们可以看出两者的不同之处：一个具备主动式PFC电路而另一个不具备，前者没有110/220 V转换器，而且也没有电压倍压电路。下文我们的重点将会是主动式PFC电源的讲解。

开关电源的组成

高频开关电源由以下几个部分组成：

一、开关电源主电路从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：

1、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。
2、整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。
3、逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越校
4、输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

二、开关电源的控制电路原理

一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定。

另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。

三、开关电源的检测电路原理

除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据。

四、开关电源的辅助电源

提供所有单一电路的不同要求电源。 开关控制稳压原理 开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关K接通时，输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源E向负载提供能量；当开关K断开时，输入电源E便中断了能量的提供。
 

可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。

按开关电源TRC控制原理，有三种方式：

一、脉冲宽度调制（PulseWidthModulation,缩写为PWM） 开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。

二、脉冲频率调制（PulseFrequencyModulation,缩写为PFM） 导通脉冲宽度恒定，通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。

三、混合调制 导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定，彼此都能改变的方式，它是以上二种方式的混合。

开关电源工作原理杂谈

★在变压器之前的所有电路及模块称为“primary”（一次侧），在变压器之后的所有电路及模块称为“secondary”（二次侧）；

★采用主动式PFC设计的电源不具备110 V/ 220 V转换器，同时也没有电压倍压器；

★对于没有PFC电路的电源而言，如果110 V / 220 V被设定为110 V时，电流在进入整流桥之前，电源本身将会利用电压倍压器将110 V提升至220 V左右；

★PC电源上的开关管由一对功率MOSFET管构成，当然也有其他的组合方式，之后我们将会详解；

★变压器所需波形为方形波，所以通过变压器后的电压波形都是方形波，而非正弦波；

★PWM控制电流往往都是集成电路，通常是通过一个小的变压器与一次侧隔离，而有时候也可能是通过耦合芯片（一种很小的带有LED和光电晶体管的IC芯片）和一次侧隔离；

★PWM控制电路是根据电源的输出负载情况来控制电源的开关管的闭合的。如果输出电压过高或者过低时，PWM控制电路将会改变电压的波形以适应开关管，从而达到校★正输出电压的目的；