開關電源,開關電源的分類和原理是什么?

開關電源的基本概念

隨著電力電子技術的告訴發展，電力電子設備與人們的工作、生活的關系日益密切，而電子設備都離不開可靠的電源，進入80年代計算機電源全面實現了開關電源化，率先完成計算機的電源換代，進入90年代開關電源相繼進入各種電子、電器設備領域，程控交換機、通訊、電子檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用了開關電源，更促進了開關電源技術的迅速發展。開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關晶體管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。開關電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關電源，這一成本反轉點。隨著電力電子技術的發展和創新，使得開關電源技術在不斷地創新，這一成本反轉點日益向低輸出電力端移動，這為開關電源提供了廣泛的發展空間。 開關電源高頻化是其發展的方向，高頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的應用領域，特別是在高新技術領域的應用，推動了高新技術產品的小型化、輕便化。另外開關電源的發展與應用在節約能源、節約資源及保護環境方面都具有重要的意義。

開關電源就是用通過電路控制開關管進行高速的道通與截止．將直流電轉化為高頻率的交流電提供給變壓器進行變壓，從而產生所需要的一組或多組電壓！轉華為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比５０ＨＺ高很多．所以開關變壓器可以做的很小，而且工作時不是很熱！成本很低．如果不將５０ＨＺ變為高頻那開關電源就沒有意義！！開關變壓器也不神秘．就是一個普通的變壓器！這就是開關電源。開關電源大體可以分為隔離和非隔離兩種,隔離型的必定有開關變壓器,而非隔離的未必一定有。

在功率相同時,開關頻率越高,開關變壓器的體積就越小,但對開關管的要求就越高;開關變壓器的次級可以有多個繞組或一個繞組有多個抽頭,以得到需要的輸出;一般還應該增加一些保護電路,比如空載、短路等保護,否則可能會燒毀開關電源。

開關電源的分類

人們的開關電源技術領域是邊開發相關電力電子器件，邊開發開關變頻技術，兩者相互促進推動著開關電源每年以超過兩位數字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發展。開關電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/DC變換器現已實現模塊化，且設計技術及生產工藝在國內外均已成熟和標準化，并已得到用戶的認可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進程中，遇到較為復雜的技術和工藝制造問題。以下分別對兩類開關電源的結構和特性作以闡述。

DC/DC變換

DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調制方式Ts不變，改變ton（通用），二是頻率調制方式，ton不變，改變Ts（易產生干擾）。

其具體的電路由以下幾類：

（1） Buck電路——降壓斬波器，其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓Ui，極性相同。

（2） Boost電路——升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于輸入電壓Ui，極性相同。

（3） Buck-Boost電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。

（4） Cuk電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo 大于或小于輸入電壓UI,極性相反，電容傳輸。 當今軟開關技術使得DC/DC發生了質的飛躍，美國VICOR公司設計制造的多種ECI軟開關DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應的功率密度為（6、2、10、17）W/cm3，效率為（80-90）%。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關技術的高頻開關電源模塊RM系列，其開關頻率為（200~300）kHz，功率密度已達到27 W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二極管），是整個電路效率提高到90%。

AC/DC變換

AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負載的稱為“整流”，功率流由負載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標準（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流輸入側必須加EMC濾波及使用符合安全標準的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內部的高頻、高壓、大電流開關動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內部高密度安裝電路設計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關使得電源工作消耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進程，因此必須采用電源系統優化設計方法才能使其工作效率達到一定的滿意程度。

AC/DC變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數可分為，單項、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。

開關電源的基本原理

簡單地說,開關電源的工作原理是:

1.交流電源輸入經整流濾波成直流;

2.通過高頻PWM(脈沖寬度調制)信號控制開關管,將那個直流加到開關變壓器初級上;

3.開關變壓器次級感應出高頻電壓,經整流濾波供給負載;

4.輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路,控制PWM占空比,以達到穩定輸出的目的。