開(kāi)關(guān)電源的基本組成及其工作原理

　　開(kāi)關(guān)電源是利用現代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng )新，使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng )新。目前，開(kāi)關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應用幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。

　　開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品廣泛應用于工業(yè)自動(dòng)化控制、軍工設備、科研設備、LED照明、工控設備、通訊設備、電力設備、儀器儀表、醫療設備、半導體制冷制熱、空氣凈化器，電子冰箱，液晶顯示器，LED燈具，通訊設備，視聽(tīng)產(chǎn)品，安防監控，LED燈袋，電腦機箱，數碼產(chǎn)品和儀器類(lèi)等領(lǐng)域。

　　開(kāi)關(guān)電源的基本組成：

　　開(kāi)關(guān)電源大至由主電路、控制電路、檢測電路、輔助電源四大部份組成，見(jiàn)圖1。

　　1. 主電路

　　沖擊電流限幅：限制接通電源瞬間輸入側的沖擊電流。

　　輸入濾波器：其作用是過(guò)濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙本機產(chǎn)生的雜波反饋回電網(wǎng)。

　　整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電。

　　逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開(kāi)關(guān)電源的核心部分。

　　輸出整流與濾波：根據負載需要，提供穩定可靠的直流電源。

　　2. 控制電路

　　一方面從輸出端取樣，與設定值進(jìn)行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或脈頻，使輸出穩定，另一方面，根據測試電路提供的數據，經(jīng)保護電路鑒別，提供控制電路對電源進(jìn)行各種保護措施。

　　3. 檢測電路

　　提供保護電路中正在運行中各種參數和各種儀表數據。

　　4. 輔助電源

　　實(shí)現電源的軟件（遠程）啟動(dòng)，為保護電路和控制電路（PWM等芯片）工作供電。

　　開(kāi)關(guān)電源的工作原理：

　　開(kāi)關(guān)電源的工作過(guò)程相當容易理解，在線(xiàn)性電源中，讓功率晶體管工作在線(xiàn)性模式，與線(xiàn)性電源不同的是，PWM開(kāi)關(guān)電源是讓功率晶體管工作在導通和關(guān)斷的狀態(tài)，在這兩種狀態(tài)中，加在功率晶體管上的伏-安乘積是很小的（在導通時(shí)，電壓低，電流大；關(guān)斷時(shí)，電壓高，電流?。?功率器件上的伏安乘積就是功率半導體器件上所產(chǎn)生的損耗。

　　與線(xiàn)性電源相比，PWM開(kāi)關(guān)電源更為有效的工作過(guò)程是通過(guò)“斬波”，即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來(lái)實(shí)現的。脈沖的占空比由開(kāi)關(guān)電源的控制器來(lái)調節。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過(guò)變壓器來(lái)升高或降低。通過(guò)增加變壓器的二次繞組數就可以增加輸出的電壓值。最后這些交流波形經(jīng)過(guò)整流濾波后就得到直流輸出電壓。

　　控制器的主要目的是保持輸出電壓穩定，其工作過(guò)程與線(xiàn)性形式的控制器很類(lèi)似。也就是說(shuō)控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器，可以設計成與線(xiàn)性調節器相同。他們的不同之處在于，誤差放大器的輸出（誤差電壓）在驅動(dòng)功率管之前要經(jīng)過(guò)一個(gè)電壓/脈沖寬度轉換單元。開(kāi)關(guān)電源有兩種主要的工作方式：正激式變換和升壓式變換。盡管它們各部分的布置差別很小，但是工作過(guò)程相差很大，在特定的應用場(chǎng)合下各有優(yōu)點(diǎn)。

　　開(kāi)關(guān)電源就是采用功率半導體器件作為開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)周期性通斷開(kāi)關(guān)，控制開(kāi)關(guān)元件的占空比來(lái)調整輸出電壓。開(kāi)關(guān)元件以一定的時(shí)間間隔重復地接通和斷開(kāi)，在開(kāi)關(guān)無(wú)件接通時(shí)輸入電源Vi通過(guò)開(kāi)關(guān)S和濾波電路向負載RL提供能量，當開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，電路中的儲能裝置（L1、C2、二極管D組成的電路）向負載RL釋放在開(kāi)關(guān)接通時(shí)所儲存的能量，使負載得到連續而穩定的能量。

　　VO=TON/T*Vi

　　VO 為負載兩端的電壓平均值

　　TON 為開(kāi)關(guān)每次接通的時(shí)間

　　T 為開(kāi)關(guān)通斷的工作周期

　　由式可知，改變開(kāi)關(guān)接通時(shí)間和工作周期的比例，VO間電壓平均值也隨之改變，因此，隨著(zhù)負載及輸入電源電壓的變化自動(dòng)調整TON和T的比例便使輸出電壓VO維持不變。改變接通時(shí)間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法稱(chēng)為“時(shí)間比率控制”（TImeRaTIonControl，縮寫(xiě)為T(mén)RC）。

　　按TRC控制原理，有三種方式：

　　1. 脈沖寬度調制（PulseWithModulaTIon，縮寫(xiě)為PWM）

　　開(kāi)關(guān)周期恒定，通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)改變占空比的方式。

　　2. 脈沖頻率調制（PulseFrequencyModulaTIon，縮寫(xiě)為PFM）

　　導通脈沖寬度恒定，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)工作頻率來(lái)改變占空比的方式。

　　3. 混合調制

　　導通脈沖寬度和開(kāi)關(guān)工作頻率均不固定，彼此都能改變的方式，它是以上二種方式的混合。