電源" target="_blank">開關(guān)電源作為各類電子設備不可或缺的關(guān)鍵組成部分，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)乎電子設備的技術(shù)指標，以及能否安全、可靠地進行工作。它被廣泛應用于工業(yè)、軍事、科研、通訊、醫(yī)療以及多種家用電器等領(lǐng)域。開關(guān)電源的發(fā)展與應用，在節(jié)約能源、節(jié)省資源以及保護環(huán)境等方面均具有重大的意義。

開關(guān)電源又稱交換式電源、開關(guān)變換器，是一種高頻化電能轉(zhuǎn)換裝置，是電源供應器的一種。其功能是將一個位準的電壓，透過不同形式的架構(gòu)轉(zhuǎn)換為用戶端所需求的電壓或電流。

開關(guān)電源

二、開關(guān)電源的基本組成

1、主電路

沖擊電流限幅：限制接通電源瞬間輸入側(cè)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(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，這是高頻開關(guān)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、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。

開關(guān)電源主要有以下分類：

按輸入輸出類型分

AC/DC 開關(guān)電源：

將交流電壓變換為直流電壓的開關(guān)電源，通常把市電 220V、50Hz 或 60Hz 的交流電壓轉(zhuǎn)換為所需的直流電壓供電，并實現(xiàn)交流電網(wǎng)與直流輸出之間的電氣隔離。其功率范圍較廣，從幾瓦到幾千瓦都有，常見的如電腦電源、手機充電器等

DC/DC 開關(guān)電源：

是將一種直流電壓變換為另一種直流電壓的開關(guān)電源，同時實現(xiàn)直流輸入電源與直流輸出電壓之間的電氣隔離，功率范圍一般在幾瓦到幾百瓦。例如，在一些電子設備中，將電池的直流電壓轉(zhuǎn)換為不同電壓值為芯片、顯示屏等供電

按電氣隔離方式分

隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器：

輸入與輸出之間有電氣隔離，通常采用變壓器來實現(xiàn)。按有源功率器件的個數(shù)來分，單管的有正激式和反激式兩種;雙管的有雙管正激式、雙管反激式、推挽式和半橋式四種;四管的則是全橋 DC/DC 轉(zhuǎn)換器.

非隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器：

輸入與輸出之間無電氣隔離，按有源功率器件的個數(shù)，可分為單管、雙管和四管三類。其中單管 DC/DC 轉(zhuǎn)換器共有六種，即降壓式、升壓式、升壓降壓式、Cuk、Zeta、Sepic 式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器

按能量傳輸方式分

單向傳輸 DC/DC 轉(zhuǎn)換器：

能量只能從電源側(cè)向負載側(cè)傳輸，大多數(shù)常規(guī)的開關(guān)電源都屬于此類.

雙向傳輸 DC/DC 轉(zhuǎn)換器：

既可以從電源側(cè)向負載側(cè)傳輸功率，也可以從負載側(cè)向電源側(cè)傳輸功率，適用于一些需要能量回饋或雙向能量流動的特殊應用場合，如電動汽車的電池管理系統(tǒng)等.

按控制方式分

自激式轉(zhuǎn)換器：

借助轉(zhuǎn)換器本身的正反饋信號實現(xiàn)開關(guān)管自持周期性開關(guān)，如洛耶爾轉(zhuǎn)換器就是一種典型的推挽自激式轉(zhuǎn)換器.

他控式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器：

開關(guān)器件的控制信號由外部專門的控制電路產(chǎn)生.

按開關(guān)條件分

硬開關(guān) DC/DC 轉(zhuǎn)換器：

開關(guān)器件是在承受電壓或流過電流的情況下開通或關(guān)斷電路的，開通或關(guān)斷過程中會產(chǎn)生較大的交疊損耗，即開關(guān)損耗。且開關(guān)頻率越高，開關(guān)損耗越大，同時還會激起電路分布電感和寄生電容的振蕩，帶來附加損耗，因此其開關(guān)頻率不能太高.

軟開關(guān) DC/DC 轉(zhuǎn)換器：

開關(guān)管在開通或關(guān)斷過程中，或是加于其上的電壓為零，即零電壓開關(guān);或是通過開關(guān)管的電流為零，即零電流開關(guān)。這種軟開關(guān)方式可以顯著減小開關(guān)損耗以及開關(guān)過程中激起的振蕩，使開關(guān)頻率可以大幅度提高，為轉(zhuǎn)換器的小型化和模塊化創(chuàng)造了條件.

按功能及應用分

開關(guān)穩(wěn)壓器：

屬于簡易的 DC/DC 開關(guān)電源，輸入電壓與輸出電壓沒有電氣隔離，但轉(zhuǎn)換效率可達 95% 以上，一般用在電氣設備、電子設備內(nèi)部的電壓轉(zhuǎn)換，如筆記本電腦主板上的各種電壓變換器

模塊電源：

將電源電路集成為一個模塊，既有 AC/DC 模塊，也有 DC/DC 模塊，其輸入電壓和輸出電壓有多種規(guī)格可供選擇，功率范圍一般為幾瓦到幾十瓦，具有體積小、重量輕、可靠性高、使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于通信、工業(yè)控制、儀器儀表等領(lǐng)域

電源適配器：

小型便攜式電子設備及電子電器的供電電源變換設備，如手機、數(shù)碼相機、平板電腦、筆記本電腦等的充電器，通常由外殼、變壓器、電感、電容、PCB 板、控制 IC 等元器件組成。

開關(guān)電源可以按照不同的方式進行分類：

按激勵方式分

自激式開關(guān)電源：

由開關(guān)管和變壓器等構(gòu)成正反饋環(huán)路來產(chǎn)生振蕩信號，驅(qū)動開關(guān)管的導通和關(guān)斷。它不需要外部的驅(qū)動信號，電路相對簡單，但穩(wěn)定性稍差，常用于小功率電源。

他激式開關(guān)電源：

需要外部的驅(qū)動信號來控制開關(guān)管的工作，如通過專門的控制芯片產(chǎn)生 PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號。這種電源的穩(wěn)定性和精度較高，能夠?qū)崿F(xiàn)復雜的控制功能，適用于大功率、高精度要求的場合。

按調(diào)制方式分

脈寬調(diào)制(PWM)型開關(guān)電源：

通過改變脈沖寬度(占空比)來調(diào)節(jié)輸出電壓，是最常見的一種開關(guān)電源。在固定的開關(guān)頻率下，當輸入電壓或負載變化時，通過反饋控制電路調(diào)整脈沖寬度，使輸出電壓保持穩(wěn)定。

脈頻調(diào)制(PFM)型開關(guān)電源：

保持脈沖寬度不變，通過改變開關(guān)頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓。在輕負載時，可以降低開關(guān)頻率以減小開關(guān)損耗;在重負載時，提高開關(guān)頻率保證輸出電壓穩(wěn)定。這種電源在低功耗應用場景下有較好的效率表現(xiàn)。

混合調(diào)制型開關(guān)電源：

結(jié)合了 PWM 和 PFM 兩種調(diào)制方式，根據(jù)負載情況自動切換調(diào)制方式，綜合了兩者的優(yōu)點，能夠在較寬的負載范圍內(nèi)實現(xiàn)高效率。

按輸出電壓類型分

直流 - 直流(DC - DC)開關(guān)電源：

用于將一個直流電壓轉(zhuǎn)換為另一個直流電壓，比如將 12V 直流轉(zhuǎn)換為 5V 直流。它在便攜式電子設備、分布式電源系統(tǒng)等中廣泛應用。

交流 - 直流(AC - DC)開關(guān)電源：

主要功能是將交流輸入電壓(如市電 220V、110V)轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流輸出電壓，像電腦電源適配器、手機充電器等都是這種類型。

按功率大小分

小功率開關(guān)電源：

功率一般在 100W 以下，常用于小型電子設備，如手機充電器(5 - 10W)、小型電子詞典電源等。

中功率開關(guān)電源：

功率范圍通常在 100W - 1kW 之間，應用于一些中型的電子設備，如液晶電視電源(100 - 300W)、小型工業(yè)控制電源等。

大功率開關(guān)電源：

功率在 1kW 以上，主要用于大型工業(yè)設備、通信基站、服務器等大功率負載的供電系統(tǒng)。

按電路結(jié)構(gòu)分

反激式開關(guān)電源：

變壓器在開關(guān)管導通時儲存能量，關(guān)斷時將能量傳遞到次級繞組輸出。它的電路簡單，成本較低，適用于小功率、多路輸出的場合。

正激式開關(guān)電源：

變壓器初級繞組在開關(guān)管導通時直接將能量傳遞到次級繞組，然后通過整流和濾波輸出。這種電源的輸出紋波較小，功率可以做得較大，但電路相對復雜，成本較高。

推挽式開關(guān)電源：

使用兩個開關(guān)管交替導通，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為高頻交流信號，通過變壓器耦合到次級繞組，再經(jīng)過整流濾波得到直流輸出。它的優(yōu)點是功率較大，效率高，但電路復雜，對開關(guān)管的一致性要求較高。

半橋和全橋式開關(guān)電源：

半橋電路使用兩個開關(guān)管和一個帶有中心抽頭的變壓器初級繞組，全橋電路則使用四個開關(guān)管。它們都能實現(xiàn)大功率輸出，輸出紋波小，但電路結(jié)構(gòu)復雜，成本高，主要用于大功率工業(yè)電源和服務器電源等場合。