开关电源原理75092

开关电源原理

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM控制IC和MOSFET 构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但

二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上, 一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新, 不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，阔的发展空间目录

用途与简介

主要类型

分类与发展方向

工作原理

功能

使用指南

产品特点

产品测试反而高于开关电源，这使得开关电源技术也在这为开关电源提供了广

开关电源

用途与简介

主要类型

分类与发展方向

工作原理

功能

使用指南

产品特点

产品测试

*成套开关柜

展开

E编辑本段用途与简介

用途

开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED

照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制

冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视

听产品，安防，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。

简介

随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的

关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电

源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开

关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测

设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制 (PWM控制IC和MOSFET勾成。开关电源和线性电源相比，

二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电

源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。

开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开

关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高

新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、

节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

编辑本段主要类型

现代开关电源有两种：一种是直流开关电源；另一种是交流开关电源。

这里主要介绍的只是直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电

源(粗电)，如市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的质量较高

的直流电压(精电)。直流开关电源的核心是DC/DC转换器。因此直流开

关电源的分类是依赖DC/DC转换器分类的。也就是说，直流开关电源的

分类与DC/DC转换器的分类是基本相同的，DC/DC转换器的分类基本上就

是直流开关电源的分类。

直流DC/DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类:

一类是有隔离的称为隔离式DC/DC转换器；另一类是没有隔离的称为非隔

离式DC/DC转换器。

隔离式DC/DC转换器也可以按有源功率器件的个数来分类。单管的

DC/DC转换器有正激式(Forward )和反激式(Flyback )两种。双管DC/DC 转换器有双管正激式(DoubelTra nsistor Forward Co nverter )，双管

反激式(Double Transistr F1yback Converter )、推挽式(Push-Pull Converter ) 和半桥式(Half-Bridge Converter )四种。四管DC/DC转

换器就是全桥DC/DC转换器(Full-Bridge Converter )。

非隔离式DC/DC转换器，按有源功率器件的个数，可以分为单管、双

管和四管三类。单管DC/DC转换器共有六种，即降压式( Buck) DC/DC转

换器，升压式(Boost ) DC/DC转换器、升压降压式( Buck Boost ) DC/DC 转换器、Cuk DC/DC转换器、Zeta DC/DC 转换器和SEPIC DC/DC转换器。

在这六种单管DC/DC转换器中，Buck和Boost式DC/DC转换器是基本的，

Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC转换器是从中派生出来的。双管DC/DC转换器有双管串接的升压式 (Buck-Boost ) DC/DC转换器。四管DC/DC 转换器常用的是全桥DC/DC转换器(Full-Bridge Converter )。

隔离式DC/DC转换器在实现输出与输入电气隔离时，通常采用变压器

来实现，由于变压器具有变压的功能，所以有利于扩大转换器的输出应用范围，也便于实现不同电压的多路输出，或相同电压的多种输出。

在功率开关管的电压和电流定额相同时，转换器的输出功率通常与所用开关管的数量成正比。所以开关管数越多，DC/DC转换器的输出功率越

大，四管式比两管式输出功率大一倍，单管式输出功率只有四管式的1/4。

非隔离式转换器与隔离式转换器的组合，可以得到单个转换器所不具

各的一些特性。

按能量的传输来分，DC/DC转换器有单向传输和双向传输两种。具有双向传输功能的DC/DC转换器，既可以从电源侧向负载侧传输功率，也可以从负载侧向电源侧传输功率。

DC/DC转换器也可以分为自激式和他控式。借助转换器本身的正反馈

信号实现开关管自持周期性开关的转换器，叫做自激式转换器，如洛耶尔

(Royer)转换器就是一种典型的推挽自激式转换器。他控式DC/DC转换

器中的开关器件控制信号，是由外部专门的控制电路产生的。

按照开关管的开关条件，DC/DC转换器又可以分为硬开关(Hard

Switchi ng )和软开关(Soft Switchi ng )两种。硬开关DC/DC转换器的

开关器件是在承受电压或流过电流的情况下，开通或关断电路的，因此在开通或关断过程中将会产生较大的交叠损耗，即所谓的开关损耗

(Switching loss )。当转换器的工作状态一定时开关损耗也是一定的，

而且开关频率越高，开关损耗越大，同时在开关过程中还会激起电路分布电感和寄生电容的振荡，带来附加损耗，因此，硬开关DC/DC转换器的