开关电源的基本原理和作用是什么？原理图分析

什么是开关电源?所谓开关电源，故名思议，就是这里有一扇门，一开门电源就通过，一关门电源就停止通过，那么什么是门呢，开关电源里有的采用可控硅，有的采用开关管，这两个元器件性能差不多，都是靠基极、(开关管)控制极(可控硅)上加上脉冲信号来完成导通和截止的，脉冲信号正半周到来，控制极上电压升高，开关管或可控硅就导通，由220V整流、滤波后输出的300V电压就导通，通过开关变压器传到次级，再通过变压比将电压升高或降低，供各个电路工作。

振荡脉冲负半周到来，电源调整管的基极、或可控硅的控制极电压低于原来的设置电压，电源调整管截止，300V电源被关断，开关变压器次级没电压，这时各电路所需的工作电压，就靠次级本路整流后的滤波电容放电来维持。

待到下一个脉冲的周期正半周信号到来时，重复上一个过程。这个开关变压器就叫高频变压器，因为他的工作频率高于50HZ低频。那么推动开关管或可控硅的脉冲如何获得呢，这就需要有个振荡电路产生，我们知道，晶体三极管有个特性，就是基极对发射极电压是0.65-0.7V是放大状态，0.7V以上就是饱和导通状态， -0.1V- -0.3V就工作在振荡状态，那么其工作点调好后，就靠较深的负反馈来产生负压，使振荡管起振，振荡管的频率由基极上的电容充放电的时间长短来决定，振荡频率高输出脉冲幅度就大，反之就小，这就决定了电源调整管的输出电压的大小。

那么变压器次级输出的工作电压如何稳压呢，一般是在开关变压器上，单绕一组线圈，在其上端获得的电压经过整流滤波后，作为基准电压，然后通过光电耦合器，将这个基准电压返回振荡管的基极，来调整震荡频率的高低，如果变压器次级电压升高，本取样线圈输出的电压也升高，通过光电耦合器获得的正反馈电压也升高，这个电压加到振荡管基极上，就使振荡频率降低，起到了稳定次级输出电压的稳定，太细的工作情况就不必细讲了，也没必要了解的那么细的，这样大功率的电压由开关变压器传递，并与后级隔开，返回的取样电压由光耦传递也与后级隔开，所以前级的市电电压，是与后级分离的，这就叫冷板，是安全的，变压器前的电源是独立的，这就叫开关电源。

开关电源是一种交直流电转换的电源装置，它通过开关管的开关动作，以高频率将输入电压切换为脉冲信号，然后通过整流滤波电路将其转换为直流电压输出。开关电源具有高效率、小体积、轻重量、稳定性好等特点。

开关电源工作原理

开关电源的基本工作原理是通过开关管的开关动作，将输入电压切换为高频脉冲信号。这个高频脉冲信号经过变压器或电感器的变换和滤波电路的处理，最终得到稳定的直流输出电压。开关电源的输出电压可以根据需要进行调整和稳定，以满足不同设备的电源需求。开关电源具有许多优点，包括高效率、稳定性好、体积小、重量轻、可靠性高等。它广泛应用于电子设备、通信设备、计算机设备、工业控制系统等领域，成为现代电子技术中常见的电源类型之一。

开关电源分类

开关电源可以根据不同的分类标准进行分类，以下是几种常见的分类方式：

1.按输入电源类型分类分为：

AC-DC开关电源：将交流电转换为直流电。

DC-DC开关电源：将直流电转换为另一种直流电压。

2.按工作方式分类：

单端开关电源：只有一个开关管，适用于低功率应用。

双端开关电源：有两个开关管，适用于高功率应用。

3.按拓扑结构分类：

按照拓扑大致可分为 Buck (降压)、Boost(升压)、Buck-Boost(降压-升压)、Flyback(反激)、Forward(正激)、Two-Transistor Forward(双晶体管正激)、Push-Pull(推挽)、Half Bridge(半桥)、Full Bridge (全桥)等，这些分类方式只是其中的一部分，开关电源还可以根据其他特定的要求和应用进行更详细的分类。

接下来我们针对常用的Flyback(反激)、Forward(正激)做一些介绍，正激和反激是两种不同的开关电源技术，正激式开关电源是指使用正激高频变压器隔离耦合能量的开关电源，与之对应的有反激式开关电源。

正激式开关电源

正激式开关电源中结构比较复杂，但输出功率很高，适用于100W-300W的开关电源，一般用在低压，大电流的开关电源，应用比较广泛。

如下图所示，对于正激式开关电源具体是指当开关管接通时，输出变压器充当介质直接耦合磁场能量，电能与磁能相互转化，使输入输出同时进行。在日常应用中也存在不足：如需要增加反电动势绕组(防止变压器初级线圈产生的反电动势把开关管击穿)，次级多加1个电感进行储能滤波，因此相比反激式开关电源而言其成本较高，而且正激式开关电源变压器的体积要比反激式开关电源变压器的体积大。

正激式开关电源

反激式开关电源

如下图所示，反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电激，它的变压器不仅起到变换电压传输能量的作用，同时还起到储能电感的作用，因此，反激式变压器类似于电感的设计。所有电路比较简单，容易控制，反激式在5W-100W的小功率方面应用非常广泛。对于反激式开关电源，当开关管导通时，变压器原边电感电流上升，由于反激电路输出线圈同名端相反，因此输出二极管截止，变压器储存能量，负载由输出电容进行能量供应，当开关管截止时，变压器原边电感感应电压反向，此时输出二极管导通，变压器的能量通过二极管向负载供电，同时对电容充电。

反激式开关电源

由对比可知，正激的变压器只有变压功能，整体可以看成一个带变压器的buck电路。反激的变压器可以看作一个带变压功能的电感，是一个buck-boost电路。总的来说，正激反激工作原理不同，正激是初级工作次级也工作，次级不工作有续流电感续流，一般是CCM模式。功率因数一般不高，而且输入输出和变比占空比成比例。反激是初级工作，次级不工作，两边独立开来,一般DCM模式下，但是变压器的电感会比较小，而且需要加气隙,所以通常适合中小功率情况。

正激变压器是理想的，不储能，但是由于励磁电感是有限值，励磁电流使得磁芯会大，为避免磁通饱和，变压需要辅助绕组进行磁通复位。反激变压器工作形式可以看作耦合电感，电感先储能再放能，由于反激变压器的输入、输出电压极性相反，故当开关管断开之后，次级可以提供磁芯一个复位电压，因而反激变压器不需额外增加磁通复位绕组。一、开关电源主要用途

开关电源产品广泛运用于工业生产机械自动化、军用机器设备、科学研究机器设备、LED照明、工控自动化、通信设备、电气设备、仪表设备、医疗器械、半导体制冷制暖、空气净化机，电子器件电冰箱，液晶显示屏，LED灯具，通信设备，视听产品，安防监控系统，LED灯带，主机箱，电子产品和仪器设备类等行业。

二、开关电源原理及各作用电源电路详细说明

开关电源的电源电路构成：开关电源的关键电源电路是由输入干扰信号过滤器(EMI)、整流器滤波电路、输出功率转换电源电路、PWM控制板电源电路、輸出整流器滤波电路构成。輔助电源电路有输入过欠压保护电源电路、輸出过欠压保护电源电路、輸出过电流保护电源电路、輸出过流保护电源电路等。

三、输入电源电路的基本原理及普遍电源电路

1、AC输入整流器滤波电路基本原理：①避雷电源电路：当有遭雷击，造成髙压经电力网导进电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1构成的电源电路开展维护。当加在氧化锌压敏电阻两边的工作电压超出其工作标准电压时，其电阻值减少，使髙压卡路里消耗在氧化锌压敏电阻上，若电流量过大，F1、F2、F3会损坏维护后级电源电路。

②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3构成的双π型滤波器互联网主要是对输入电源的电磁感应噪音及低频振荡数据信号开展抑止，避免对电源影响，另外也避免电源自身造成的高频率低频振荡对电力网影响。当电源打开一瞬间，要对C5电池充电，因为一瞬间电流量大，加RT1(热敏电阻器)就能合理的避免浪涌电流。因瞬间动能全耗费在RT1电阻器上，一定時间后溫度上升后RT1电阻值减少(RT1是负温指数元器件)，这时候它耗费的动能十分小，后级电源电路可一切正常工作中。

③整流器滤波电路：交流电流经BRG1整流器后，经C5滤波器后获得比较纯粹的交流电压。若C5容积缩小，輸出的沟通交流谐波失真将扩大。

2、DC输入滤波电路基本原理：①输入滤波电路：C1、L1、C2构成的双π型滤波器互联网主要是对输入电源的电磁感应噪音及低频振荡数据信号开展抑止，避免对电源影响，另外也避免电源自身造成的高频率低频振荡对电力网影响。C3、C4为安规电容，L2、L3为差模电感。

②R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7构成抗浪涌电源电路。在起机的一瞬间，因为C6的存有Q2不通断，电流量经RT1组成控制回路。当C6上的工作电压充至Z1的稳压管值时Q2通断。假如C8走电或后级电路短路状况，在起机的一瞬间电流量在RT1上造成的压力降扩大，Q1通断使Q2沒有栅极工作电压不通断，RT1可能在很短的時间损坏，以维护后级电源电路。

四、输出功率转换电源电路

1、MOS管的原理：现阶段运用最普遍的绝缘层栅场效管是MOSFET(MOS管)，是运用半导体材料表面的电声设备效用开展工作中的。也称之为表面场效元器件。因为它的栅极处在不导电性情况，因此 输入电阻器能够 进一步提高，最大达到105欧母，MOS管是运用栅源工作电压的尺寸，来更改半导体材料表面感生电荷的是多少，进而操纵漏极电流量的尺寸。