一、簡介

電源是各種電子設備必不可缺的組成部分，其性能優(yōu)劣直接關系到電子設備的技術指標及能否安全可靠地工作。由于開關電源內部關鍵元器件工作在高頻開關狀態(tài)，功耗小，轉化率高，且體積和重量只有線性電源的20%—30%，故目前它已成為穩(wěn)壓電源的主流產品。

電子設備電氣故障的檢修，本著從易到難的原則，基本上都是先從電源入手，在確定其電源正常后，再進行其他部位的檢修，且電源故障占電子設備電氣故障的大多數(shù)。故了解開頭電源基本工作原理，熟悉其維修技巧和常見故障，有利于縮短電子設備故障維修時間，提高個人設備維護技能。

二.開關電源的組成

開關電源大至由主電路、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：其作用是過濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙本機產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，這是高頻開關電源的核心部分。

輸出整流與濾波：根據(jù)負載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。

2. 控制電路

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

3. 檢測電路

提供保護電路中正在運行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。

4. 輔助電源

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

三.開關電源的工作原理

開關電源就是采用功率半導體器件作為開關元件，通過周期性通斷開關，控制開關元件的占空比來調整輸出電壓。開關元件以一定的時間間隔重復地接通和斷開，在開關無件接通時輸入電源Vi通過開關S和濾波電路向負載RL提供能量，當開關S斷開時，電路中的儲能裝置(L1、C2、二極管D組成的電路)向負載RL釋放在開關接通時所儲存的能量，使負載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量。

VO=TON/T*Vi

VO 為負載兩端的電壓平均值

TON 為開關每次接通的時間

T 為開關通斷的工作周期

由式可知，改變開關接通時間和工作周期的比例，VO間電壓平均值也隨之改變，因此，隨著負載及輸入電源電壓的變化自動調整TON和T的比例便使輸出電壓VO維持不變。改變接通時間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法稱為“時間比率控制”(timeRationControl，縮寫為TRC)。

按TRC控制原理，有三種方式：

1. 脈沖寬度調制(PulseWithModulation，縮寫為PWM)

開關周期恒定，通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式。

2. 脈沖頻率調制(PulseFrequencyModulation，縮寫為PFM)

導通脈沖寬度恒定，通過改變開關工作頻率來改變占空比的方式。

3. 混合調制

導通脈沖寬度和開關工作頻率均不固定，彼此都能改變的方式，它是以上二種方式的混合。高頻開關電源是一種通過MOSFET或IGBT的高頻工作，開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內，實現(xiàn)高效率和小型化。

交流電源輸入整流濾波成直流，通過高頻脈沖寬度調制信號控制開關管，過濾掉電源對電網(wǎng)的干擾，將直流加到開關變壓器初級上，開關頻率越高體積就越小，開關變壓器次級有一個或多個繞組感應出高頻電壓，經(jīng)整流濾波供給負載，輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路并控制脈沖寬度調制占比來以達到穩(wěn)定輸出的目的。

由于沒有工頻變壓器，體積和重量只有線性電源的20~30%。

功耗小，轉化效率高，一般為60~70%。

開關電源是一個能量轉換器，作為電源的功率器件工作在開關狀態(tài)(開關管、電感、高頻變壓器、電容、整流二極管)-開或關狀態(tài)，其特點是頻率高、功耗低、工作效率高、體積小、輸入范圍寬(Switching Regulator -- A switching circuit that operates in a closed loop system to regulate the power supply output)通過閉環(huán)系統(tǒng)調節(jié)，使輸出電壓保持穩(wěn)定。

高頻開關電源工作原理