什么叫開關(guān)電源？

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新。目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應(yīng)用幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)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。

開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制 IC 和 MOSFET 構(gòu)成。

開關(guān)電源是相對線性電源說的，其輸入端直接將交流電整流變成直流電，再在高頻震蕩電路的作用下，用開關(guān)管控制電流的通斷，形成高頻脈沖電流。在電感(高頻變壓器)的幫助下，輸出穩(wěn)定的低壓直流電。

由于變壓器的磁芯大小與開關(guān)電源工作頻率的平方成反比，頻率越高鐵心越小。這樣就可以大大減小變壓器，使電源減輕重量和體積。而且由于它直接控制直流，使這種電源的效率比線性電源高很多。這樣就節(jié)省了能源，因此它受到人們的青睞。但它也有缺點，就是電路復(fù)雜，維修困難，對電路的污染嚴(yán)重。電源噪聲大，不適合用于某些低噪聲電路。

開關(guān)電源的特點

開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制 IC 和 MOSFET 構(gòu)成。隨著隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，目前開關(guān)電源主要以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應(yīng)用到幾乎所有的電子設(shè)備，其重要性可見一斑。

開關(guān)電源的分類

根據(jù)開關(guān)器件在電路中連接的方式，開關(guān)電源總的來說可分為串聯(lián)式開關(guān)電源、并聯(lián)式開關(guān)電源、變壓器式開關(guān)電源等三大類。

其中，變壓器式開關(guān)電源還可以進(jìn)一步分成：推挽式、半橋式、全橋式等多種。根據(jù)變壓器的激勵和輸出電壓的相位，又可以分成：正激式、反激式、單激式和雙激式等多種。

開關(guān)電源和普通電源的區(qū)別

普通的電源一般是線性電源，線性電源，是指調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下的電源。而在開關(guān)電源中則不一樣，開關(guān)管(在開關(guān)電源中，我們一般把調(diào)整管叫做開關(guān)管)是工作在開、關(guān)兩種狀態(tài)下的：開 —— 電阻很小，關(guān) —— 電阻很大。

開關(guān)電源是一種比較新型的電源。它具有效率高，重量輕，可升、降壓、輸出功率大等優(yōu)點。但是由于電路工作在開關(guān)狀態(tài)，所以噪聲比較大。

舉例說明：降壓型開關(guān)電源

我們來簡單的說說降壓型開關(guān)電源的工作原理：電路由開關(guān)（實際電路中為三極管或者場效應(yīng)管），續(xù)流二極管、儲能電感、濾波電容等構(gòu)成。

當(dāng)開關(guān)閉合時，電源通過開關(guān)、電感給負(fù)載供電，并將部分電能儲存在電感以及電容中。由于電感的自感，在開關(guān)接通后，電流增大得比較緩慢，即輸出不能立刻達(dá)到電源電壓值。

一定時間后，開關(guān)斷開，由于電感的自感作用（可以比較形象的認(rèn)為電感中的電流有慣性作用），將保持電路中的電流不變，即從左往右繼續(xù)流。這電流流過負(fù)載，從地線返回，流到續(xù)流二極管的正極，經(jīng)過二極管，返回電感的左端，從而形成了一個回路。

通過控制開關(guān)閉合跟斷開的時間（即 PWM——脈沖寬度調(diào)制），就可以控制輸出電壓。如果通過檢測輸出電壓來控制開、關(guān)的時間，以保持輸出電壓不變，這就實現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。

普通電源和開關(guān)電源相同的是都有電壓調(diào)整管，利用反饋原理來進(jìn)行穩(wěn)壓的，不同的是開關(guān)電源利用開關(guān)管進(jìn)行調(diào)整，普通電源一般利用三極管的線性放大區(qū)進(jìn)行調(diào)整。比較而言，開關(guān)電源的能耗低，對交流電壓適用范圍要寬，輸出直流的波紋系數(shù)要好，缺點是開關(guān)脈沖干擾。

普通半橋開關(guān)電源的主要工作原理就是上橋和下橋的開關(guān)管(頻率高時開關(guān)管為 VMOS)輪流導(dǎo)通，首先電流通過上橋開關(guān)管流入，利用電感線圈的存儲功能，將電能集聚在線圈中，最后關(guān)閉上橋開關(guān)管，打開下橋的開關(guān)管，電感線圈和電容持續(xù)給外部供電。然后又關(guān)閉下橋開關(guān)管，再打開上橋讓電流進(jìn)入，就這樣重復(fù)進(jìn)行，因為要輪流開關(guān)兩開關(guān)管，所以稱為開關(guān)電源。

而線性電源就不一樣了，由于沒有開關(guān)介入，使得上水管一直在放水，如果有多的，就會漏出來，這就是我們經(jīng)常看到的某些線性電源的調(diào)整管發(fā)熱量很大，用不完的電能，全部轉(zhuǎn)換成了熱能。從這個角度來看，線性電源的轉(zhuǎn)換效率就非常低了，而且熱量高的時候，元件的壽命勢必要下降，影響最終的使用效果。

主要區(qū)別：工作方式

線性電源的功率調(diào)整管總是工作在放大區(qū)，流過的電流是連續(xù)的。由于調(diào)整管上損耗較大的功率，所以需要較大功率調(diào)整管并裝有體積很大的散熱器，發(fā)熱嚴(yán)重，效率很低，一般在 40%~60%（還得說是很好的線性電源）。

線性電源的工作方式，使從高壓變低壓必須有將壓裝置，一般的都是變壓器，也有別的像 KX 電源，再經(jīng)過整流輸出直流電壓。這樣一來體積也就很大，比較笨重，效率低、發(fā)熱量也大；但也有優(yōu)點：紋波小、調(diào)整率好、對外干擾小、適合用與模擬電路 / 各類放大器等。

開關(guān)電源它的功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，在電壓調(diào)整時能量是通過電感線圈來臨時貯存，這樣他的損耗就小，效率也就高，對散熱的要求低，但它對變壓器和貯能電感也有了更高的要求，要用低損耗高磁導(dǎo)率的材料來做。它的變壓器就是一個字小。總效率在 80%～98%，開關(guān)電源的效率高但體積小，但是和線性電源比他的紋波，電壓電流調(diào)整率就有一定的折扣了。

審核編輯 黃昊宇