开关电源的基本原理与分类方法

王磊磊

      开关电源是指调整功率管以开关方式进行工作的稳压电源。缩写为SPS（Switching Power Supply）,开关电源的核心部分是一个直流变换器。目前开关电源向着高频、高可靠性、低功耗、低噪声、抗干扰和模块化方向发展。开关电源现在在社会上应用越来越广泛，需求也越来越大。

电源在一个典型系统中或者在一台机器中担当十分重要的角色，电源给系统的电路提供持续、稳定的能量，使得系统或者机器能够正常地工作。电源的好坏直接影响了系统能否正常工作。随着电源的应用和需求越来越广泛，人们对于电源的要求也越来越高。人们对电源的效率、体积、重量、稳定性和可靠性等方面都有了更高的要求。

开关电源正是以其效率高、体积小、重量轻、稳定性高、零负载消耗低等多方面的优势逐步取代了效率低、又笨又重的线性电源。现在社会上出现的需要应用开关电源的仪器、机器越来越多；利用开关电源作为驱动电源的产品也层出不穷，例如LED驱动开关电源的需求量越来越多。而现代电力电子技术的发展，特别是大功率器件IGBT和MOSFET、各类电源芯片的迅速发展，将开关电源的工作频率提高到相当高的水平，使得开关电源的转换效率不断提高。人们对于转换效率的不断要求也促使开关电源的开发技术将越来越高。

开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等部分构成。

开关电源的工作原理是：首先是将交流输入电源经整流滤波成脉动直流；然后通过高频PWM（脉冲宽度调制）信号控制开关管，将那个直流加到开关变压器初级上；接着开关变压器次级感应出高频电压，经整流滤波供给负载；最后，输出部分通过一定的电路反馈给控制电路，控制PWM占空比，以达到稳定输出的目的。

常见的开关电源的分类方法有下列几种:
    1.按激励方式的不同可以划分为他激式和自激式。他激式开关电源电路中专设激励信号振荡器；自激式开关功率管兼作振荡管。该形式的开关电源电路结构简单, 元器件少, 可以做成低成本的开关电源。
   2.按调制方式的不同可以划分为脉宽调制型、频率调整型和混合调整型。脉宽调制型保持振荡频率保持不变, 通过调节脉冲宽度来改变输出电压的大小；频率调整型保持占空比保持不变(脉冲宽度保持不变) , 通过改变振荡频率来改变输出电压大小；混合调整型是脉冲宽度和振荡频率均可进行调节的开关电源。
   3.按开关管电流的工作方式的不同可以划分为开关型和谐振型。开关型用开关晶体管把直流变成高频标准方波, 其电路形式类似于他激式；谐振型用开关晶体管与LC谐振回路将直流变成标准正弦波, 其电路形式类似于自激式开关电源。

4.按开关晶体管的类型的不同可以划分为晶体管型和可控硅型。晶体管型采用晶体管(包括场效应管)作为开关功率管；可控硅型采用可控硅作为开关功率管。这种电路的特点是直接输入交流电压, 不需要一次整流部分。
   5.按储能电感与负载的连接方式的不同可以划分为串联型和并联型。串联型储能电感串联在输入与输出电压之间；并联型储能电感并联在输入与输出电压之间。
   6.按晶体管的连接方法的不同可以划分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式。单端式仅使用一个晶体管作为电路中的开关管。这种电路的特点是价格低、电路结构简单, 但输出功率不能提高；推挽式使用两个功率开关管, 将其连接成推挽功率放大器的形式。这种电路的特点是可以工作在电源电压较低的场合, 一般逆变器多采用这种形式的电路, 但它的缺点是开关变压器的初级必须具有中心抽头；半桥式使用两个功率开关管, 将其连接成半桥形式。它的特点是适应于输入电压较高的场合；全桥式使用四个功率开关管,将其连接成全桥的形式。它的特点是输出功率较大。
   7.按电路结构的不同可以划分为散件式和集成电路式。散件式整个开关电源电路都是采用分立式元器件组成的。这种电路的缺点是电路结构较为复杂；集成电路式整个开关电源电路或电路的一部分是由集成电路组成的。这种集成电路通常被称为厚膜电路,有的厚膜集成电路中包括功率开关管, 有的则不包括。这种形式的电源的特点是电路结构简单、调试方便、可靠性高。

异客

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韦珍

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