开关电源的工作原理详解

开关电源的基本原理是将输入电源的交流电或直流电先通过整流和滤波电路转化为直流电，再通过开关管的开关控制将直流电转换成高频脉冲电流，再通过变压器和滤波电路将高频脉冲电流转换成所需要的输出电流。

开关电源主要由输入滤波电路、开关电路、控制电路、输出电路四部分组成。

输入滤波电路：它主要由变压器、整流桥、滤波电容等组成，用于将输入电源的交流电或直流电转化为直流电，并通过滤波电容滤除直流电中的杂波和纹波，提供纯净的直流电给开关电路。

开关电路：它主要由开关管(如MOSFET、IGBT等)、驱动电路、反馈电路等组成，用于将输入的直流电通过开关管的开关控制将直流电转换成高频脉冲电流。其中驱动电路负责提供合适的控制信号使开关管工作，反馈电路则负责监测输出电流和电压的大小，并将反馈信号发送到控制电路中，从而实现对开关管的控制。

控制电路：它主要由控制芯片、电容、电阻等组成，用于对开关电路进行控制。控制芯片负责计算开关管的开关时间和频率，从而控制输出电压和电流的大小。电容和电阻则用于实现反馈控制。

输出电路：它主要由变压器、滤波电容、稳压电路等组成，用于将高频脉冲电流转换成所需要的输出电流。其中变压器负责将高频脉冲电流转换成适合输出负载的电流，滤波电容则用于滤除高频脉冲电流中的杂波和纹波，稳压电路则用于保持输出电压的稳定性。

变频器是一种静止的频率变换器，可将电网电源的50Hz频率交流电变成频率可调的交流电，作为电动机的电源装置，目前在国内外使用广泛。使用变频器可以节能、提高产品质量和劳动生产率等。

1、变频器组成原理

1.1变频器的基本结构

调速用变频器构成：主电路、控制电路、保护电路

变频器主电路工作原理

变压变频装置结构框图

按照不同的控制方式，交-直-交变频器可分成以下三种方式：

采用可控整流器调压、逆变器调频的控制方式，其结构框图。

可控整流器调压、逆变器调频的控制方式的特点：

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。

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。

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。