常用开关式稳压电源的基本工作原理

本文将以详尽的开关电源案例分析为手段，深入探讨各类开关电源的工作原理和应用场景。首先，我们将聚焦于单端正激式开关电源，通过对其内部电路结构的剖析，揭示其如何实现高效稳定的电压转换。在此基础上，我们将进一步分析自激式开关电源的特点，探讨其在无外部驱动信号情况下如何实现自我振荡和电压输出的过程。

接下来，本文将介绍推挽式开关电源，这种电源通过两个开关管的交替工作，实现了对输入电压的双向利用，从而提高了电源的效率和功率密度。此外，我们还将详细阐述降压式开关电源和升压式开关电源的工作原理，这两种电源分别适用于需要将电压降低和升高的场合，为各种电子设备提供了灵活的电源解决方案。

最后，我们将关注反转式开关电源，这种电源通过改变开关管的导通状态，实现了输出电压的极性反转，为某些特殊设备提供了必要的电源支持。通过这一系列案例分析，本文旨在帮助读者深入理解各类开关电源的工作原理和应用特点，为实际工程应用提供有益的参考。

在全球对能源问题日益重视的背景下，电子产品的耗能问题逐渐凸显，成为了亟待解决的焦点。传统的线性稳压电源虽然以其电路结构简洁、工作稳定可靠而受到青睐，然而，其效率低(仅40%-50%)、体积庞大、铜铁消耗量大、工作温度高以及调整范围有限等缺点也日益明显。

为了克服这些局限，人类研制出了开关式稳压电源，这一创新技术的出现，极大地提升了能源使用效率，甚至可以达到85%以上。不仅如此，开关式稳压电源还具有宽稳压范围、高精度稳压、无需电源变压器等独特优势，成为了一种理想的稳压电源选择。

正是基于这些显著优点，开关式稳压电源在各类电子设备中得到了广泛应用。本文将对各类开关电源的工作原理进行深入剖析，旨在更好地理解其工作原理，为未来的能源利用和电子设备发展提供参考。

一、开关式稳压电源的基本工作原理

开关式稳压电源的控制方式主要分为调宽式和调频式两种。这两种方式各有特点，但在实际应用中，调宽式由于其优越的性能和经济性而备受青睐。

调宽式开关稳压电源，顾名思义，是通过调整开关管的导通时间来调节输出电压的稳定。这种方式的优点是响应速度快，输出电压的纹波小，且易于实现。在开关电源集成电路中，绝大多数都是采用脉宽调制型，即PWM(Pulse Width Modulation)技术。

PWM技术是一种非常有效的电源控制技术，它通过不断地调整开关管的导通时间，即脉冲宽度，来保持输出电压的稳定。当输出电压升高时，控制器会减小开关管的导通时间，从而降低输出电压;反之，当输出电压降低时，控制器会增加开关管的导通时间，以提高输出电压。通过这种方式，PWM技术能够实现对输出电压的精确控制。

除了PWM技术外，调频式开关稳压电源也是一种常见的控制方式。它通过改变开关管的开关频率来调节输出电压。然而，由于调频式开关稳压电源在实现上相对复杂，且对元器件的要求较高，因此在实际应用中并不如调宽式广泛。

综上所述，调宽式开关稳压电源是目前使用最为广泛的一种电源控制方式。其基于PWM技术的实现方式具有响应速度快、输出电压稳定、纹波小等优点，因此在各种电子设备中得到了广泛应用。

开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的导通与截止。

将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压!转为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50HZ高很多.所以开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热!!成本很低.如果不将50HZ变为高频那开关电源就没有意义。

开关电源的工作流程是：

电源→输入滤波器→全桥整流→直流滤波→开关管(振荡逆变)→开关变压器→输出整流与滤波。

交流电源输入经整流滤波成直流

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

开关变压器次级感应出高频电压，经整流滤波供给负载

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

交流电源输入时一般要经过扼流圈一类的东西，过滤掉电网上的干扰，同时也过滤掉电源对电网的干扰;

在功率相同时，开关频率越高，开关变压器的体积就越小，但对开关管的要求就越高;

开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头，以得到需要的输出;

一般还应该增加一些保护电路，比如空载、短路等保护，否则可能会烧毁开关电源。

主要用于工业以及一些家用电器上，如电视机，电脑等

开关电源原理分析

a》 开关S开通后，变压器绕组N1两端的电压为上正下负，与其耦合的N2绕组两端的电压也是上正下负。因此VD1处于通态，VD2为断态，电感L的电流逐渐增长;

b》 S关断后，电感L通过VD2续流，VD1关断.S关断后变压器的激磁电流经N3绕组和VD3流回电源，所以S关断后承受电压。

c》 变压器的磁心复位：开关S开通后，变压器的激磁电流由零开始，随着时间的增加而线性的增长，直到S关断。为防止变压器的激磁电感饱和，必须设法使激磁电流在S关断后到下一次再开通的一段时间内降回零，这一过程称为变压器的磁心复位。

正激电路的理想化波形：

变压器的磁心复位时间为：

Tist=N3*Ton/N1

输出电压：输出滤波电感电流连续的情况下：

Uo/Ui=N2Ton/N1T

磁心复位过程：

2、反激电路

反激电路原理图

反激电路中的变压器起着储能元件的作用，可以看作是一对相互耦合的电感。

工作过程：

S开通后，VD处于断态，N1绕组的电流线性增长，电感储能增加;

S关断后，N1绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过N2绕组和VD向输出端释放.S关断后的电压为：us=Ui+N1*Uo/N2

反激电路的工作模式：

电流连续模式：当S开通时，N2绕组中的电流尚未下降到零。

输出电压关系：Uo/Ui=N2ton/N1toff

电流断续模式：S开通前，N2绕组中的电流已经下降到零。

输出电压高于上式的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下， ，因此反激电路不应工作于负载开路状态。