开关电源的基本原理与分类方法

开关电源的基本原理与分类方法

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。

开关带能源的工作原理：

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。