开关电源的来源及意义

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT和MOSFET。SCR在开关电源输入整流电路及软启动电路中有少量应用，GTR驱动困难，开关频率低，逐渐被IGBT和MOSFET取代。

开关电源顾名思义就是利用电子开关器件，通过控制电路，使电子开关器件实现接通和开关，以到达对电压的调节和自动稳定，开关电源相比传统的电源相比，成本更低，而输出功率更高，所以开关电源具有更广阔的市场发展前景，深受广大朋友的喜爱，大家对开关电源的工作原理都了解多少呢接下来就为大家具体的讲解开关电源工作原理的相关内容。

开关电源工作原理解析

对于热爱电源物理的人来所，其实还是很好理解开关电源工作原理的，在线性电源中，功率晶体管在工作，而线性电源中导致闭合或者是断开的则是PWM开关电源，在闭合、断开两种的状态之下，加上功率晶体管的电压是比较小的，就会成产很大的电流，关闭开关电源的时候，则是反过来的，电压大，而电流就会特别的小，而控制开关电源工作原理的控制器，就是为了能够更好的保持稳定性，从而给人们的生活环境带来安全。

　　开关电源工作条件

除了以上讲述的开关电源工作原理之外，而开关电源工作原理在运行的时候，开关电源也是一定的工作条件的，比如开关，在工作的时候，不是线性状态，而是在电子电器工作之下呈现开关状态;另外，直流，开关电源在工作时候，是直流，不是交流;最后一个开关电源的高频，在电子电器工作状态之下，是高频，而不是接近于工作的低频状态哦!在开关电源工作原理中，这些工作条件是一定的。

　　开关电源主要特点

每一样产品的诞生，都有它独自存在的主要特点，就连开关电源也是一样的。那么除了以上不同的开关电源工作原理之外，开关电源主要的特点是什么呢首先从外观上看，重量较轻、体积较小，因为没有采用工频变压器，所以开关电源的重量、体积只有线性电源的百分之二十到百分之三十左右;另外还有一个非常重要的特点，从开关电源工作原理上看，效率较高、耗能较小，所采用的功率晶体管无论是在闭合、断开的状态，转化效率非常之高，一般为60%到70%左右，而线性电源状态之下在30%到40%左右。

这种采用闭合回路系统的高频开关电源在目前的市场之中，还可以根据结构分为主动式PFC设计的电源和被动式PFC设计的电源两种。因为主动式PFC设计的电源比被动式PFC设计的电源的生产成本高，所以我们可以简单的认为，主动式PFC设计的电源是相对比较高端的电源，而被动式PFC设计的电源是比较低端的电源。下面我们将主要讲解主动式PFC开关电源工作原理。

主动式PFC开关电源：主动式PFC电路通常使用两个功率MOSFET开关管。这些开关管一般都会安置在一次侧的散热片上。为了易于理解，我们用在字母标记了每一颗MOSFET开关管：S表示源极(Source)、D表示漏极(Drain)、G表示栅极(Gate)。

主动式PFC开关电源：PFC二极管是一颗功率二极管，通常采用的是和功率晶体管类似的封装技术，两者长的很像，同样被安置在一次侧的散热片上，不过PFC二极管只有两根针脚。PFC电路中的电感是电源中最大的电感;一次侧的滤波电容是主动式PFC电源一次侧部分最大的电解电容。主动式PFC控制电路通常基于一颗IC整合电路。

通过小编对开关电源工作原理的相关介绍，大家对开关电源工作原理有没有更多的了解和认识呢开关电源主要分为主动式和被动式电源两种，针对不同的开关电源类型来了解不同的工作原理，如果我们掌握了开关电源工作原理的话，对于我们生活中的应用非常重要，当今电子信息产业中开关电源应用领域非常的广泛，开关电源工作原理就结束了，希望大家能够有更多的收获。

电源开关中，符号OFF是关闭，ON是打开。

“I”位置表示数字“1”，是开的意思，相当于电平信号通。

“O”位置表示数字“0”，是关的意思，相当于电平信号断。

“I”、“O”一般是标在船型（翘板）开关的按钮两端，更科学的设计是在开关的安装位置“I”端标识“ON”字样，在“O”端标识“OFF”字样。

介绍

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。

开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式，与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态。

在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。

与线性电源相比，PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。

开关电源有哪些类型-开关电源的主要类型

现代开关电源有两种：一种是直流开关电源;另一种是交流开关电源。下面，我就为大家讲讲开关电源的主要类型，快来看看吧!

直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源(粗电)，如市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电压(精电)。直流开关电源的核心是DC/DC转换器。

因此直流开关电源的分类是依赖DC/DC转换器分类的。也就是说，直流开关电源的分类与DC/DC转换器的分类是基本相同的，DC/DC转换器的分类基本上就是直 流开关电源的分类。

直流DC/DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类：一类是有隔离的称为隔离式DC/DC转换器;另一类是没有隔离的称为非隔离 式DC/DC转换器。

隔离式DC/DC转换器也可以按有源功率器件的个数来分类。单管的DC/DC转换器有正激式(Forward)和反激式(Flyback)两种。双管DC/DC转换器 有双管正激式(DoubleTransistor Forward Converter)，双管反激式(Double Transistr Flyback Converter)、推挽式(Push-Pull Converter) 和半桥式(Half-Bridge Converter)四种。四管DC/DC转换器就是全桥DC/DC转换器(Full-Bridge Converter)。

非隔离式DC/DC转换器，按有源功率器件的个数，可以分为单管、双管和四管三类。

单管DC/DC转换器共有六种，即降压式(Buck)DC/DC转换器 ，升压式(Boost)DC/DC转换器、升压降压式(Buck Boost)DC/DC转换器、Cuk DC/DC转换器、Zeta DC/DC转换器和SEPIC DC/DC转换器。

在这六种 单管DC/DC转换器中，Buck和Boost式DC/DC转换器是基本的，Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC转换器是从中派生出来的。双管DC/DC转换 器有双管串接的升压式(Buck-Boost)DC/DC转换器。四管DC/DC转换器常用的是全桥DC/DC转换器(Full-Bridge Converter)。

隔离式DC/DC转换器在实现输出与输入电气隔离时，通常采用变压器来实现，由于变压器具有变压的功能，所以有利于扩大转换器的输出应用 范围，也便于实现不同电压的多路输出，或相同电压的多种输出。

在功率开关管的电压和电流定额相同时，转换器的输出功率通常与所用开关管的数量成正比。所以开关管数越多，DC/DC转换器的输出功率越大，四管式比两管式输出功率大一倍，单管式输出功率只有四管式的1/4。

非隔离式转换器与隔离式转换器的组合，可以得到单个转换器所不具备的'一些特性。

按能量的传输来分，DC/DC转换器有单向传输和双向传输两种。具有双向传输功能的DC/DC转换器，既可以从电源侧向负载侧传输功率，也可 以从负载侧向电源侧传输功率。

DC/DC转换器也可以分为自激式和他控式。借助转换器本身的正反馈信号实现开关管自持周期性开关的转换器，叫做自激式转换器，如洛耶尔 (Royer)转换器就是一种典型的推挽自激式转换器。

他控式DC/DC转换器中的开关器件控制信号，是由外部专门的控制电路产生的。

按照开关管的开关条件，DC/DC转换器又可以分为硬开关(Hard Switching)和软开关(Soft Switching)两种。硬开关DC/DC转换器的开关器件 是在承受电压或流过电流的情况下，开通或关断电路的。

因此在开通或关断过程中将会产生较大的交叠损耗，即所谓的开关损耗(Switching loss)。当转换器的工作状态一定时开关损耗也是一定的，而且开关频率越高，开关损耗越大，同时在开关过程中还会激起电路分布电感和寄生电容的振荡，带来附加损耗，因此，硬开关DC/DC转换器的开关频率不能太高。

软开关DC/DC转换器的开关管，在开通或关断过程中，或是加于 其上的电压为零，即零电压开关(Zero-Voltage-Switching，ZVS)，或是通过开关管的电流为零，即零电流开关(Zero-Current·Switching，ZCS)。这种软开关方式可以显着地减小开关损耗，以及开关过程中激起的振荡，使开关频率可以大幅度提高，为转换器的小型化和模块化创造了条件。

功率场效应管(MOSFET)是应用较多的开关器件，它有较高的开关速度，但同时也有较大的寄生电容。它关断时，在外电压的作用下， 其寄生电容充满电，如果在其开通前不将这一部分电荷放掉，则将消耗于器件内部，这就是容性开通损耗。为了减小或消除这种损耗，功率场效应管宜采用零电压开通方式(ZVS)。

绝缘栅双极性晶体管(Insu1ated Gate Bipo1ar tansistor，IGBT)是一种复合开关器件，关断时的电流拖 尾会导致较大的关断损耗，如果在关断前使流过它的电流降到零，则可以显着地降低开关损耗，因此IGBT宜采用零电流(ZCS)关断方式。

IGBT在 零电压条件下关断，同样也能减小关断损耗，但是MOSFET在零电流条件下开通时，并不能减小容性开通损耗。谐振转换器(ResonantConverter ，RC)、准谐振转换器(Qunsi-Tesonant Converter，QRC)、多谐振转换器(Mu1ti-ResonantConverter，MRC)、零电压开关PWM转换器(ZVS PWM Converter)、零电流开关PWM转换器(ZCS PWM Converter)、零电压转换(Zero-Vo1tage-Transition，ZVT)PWM转换器和零电流转换(Zero- Vo1tage-Transition，ZVT)PWM转换器等，均属于软开关直流转换器。电力电子开关器件和零开关转换器技术的发展，促使了高频开关电源的发展。 ;

我的理解：

1开关电源，就是把市电整流过后得到的直流电压，利用开关的导通和关断，将该电压截成矩形波(当然，实际的波形并非完美的矩形波，而是会有过冲)，这样做的意义就是把高能量切割成无数个低能量，传递到输出端去，输出端会通过输出电压高低，对输入端进行反馈(调整切割的频率，以及切割的宽度大小——占空比)，达到稳定输出电压的目的

2为何不用传统的方式？

举个例子，最典型的7805，它是通过将多余的能量转换成发热量散发掉，来达到降压的目的。

而开关电源不同，它的发热量很低，亦即它的效率很高，所以它的使用才这么普遍

开关电源是一种电压转换电路，主要的工作内容是升压和降压，广泛应用于现代电子产品。因为开关三极管总是工作在 “开” 和“关” 的状态，所以叫开关电源。开关电源实质就是一个振荡电路，这种转换电能的方式，不仅应用在电源电路，在其它的电路应用也很普遍，如液晶显示器的背光电路、日光灯等。开关电源与变压器相比具有效率高、稳性好、体积小等优点，缺点是功率相对较小，而且会对电路产生高频干扰,变压器反馈式振荡电路，能产生有规律的脉冲电流或电压的电路叫振荡电路，变压器反馈式振荡电路就是能满足这种条件的电路。

1 防浪涌软启动电路

开关电源的输入电路大都采用电容滤波型整流电路，在进线电源合闸瞬间，由于电容器上的初始电压为零，电容器充电瞬间会形成很大的浪涌电流，特别是大功率开关电源，采用容量较大的滤波电容器，使浪涌电流达100A以上。在电源接通瞬间如此大的浪涌电流，重者往往会导致输入熔断器烧断或合闸开关的触点烧坏，整流桥过流损坏;轻者也会使空气开关合不上闸。这种现象均会造成开关电源无法正常工作，为此几乎所有的开关电源都设置了防止流涌电流的软启动电路，以保证电源正常而可靠运行。

2 过压、欠压及过热保护电路

进线电源过压及欠压对开关电源造成的危害，主要表现在器件因承受的电压及电流应力超出正常使用的范围而损坏，同时因电气性能指标被破坏而不能满足要求。因此对输入电源的上限和下限要有所限制，为此采用过压、欠压保护以提高电源的可靠性和安全性。温度是影响电源设备可靠性的最重要因素。根据有关资料分析表明，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10%，温升50℃时的工作寿命只有温升25℃时的1/6，为了避免功率器件过热造成损坏，在开关电源中亦需要设置过热保护电路。

3 缺相保护电路

由于电网自身原因或电源输入接线不可靠，开关电源有时会出现缺相运行的情况，且掉相运行不易被及时发现。当电源处于缺相运行时，整流桥某一臂无电流，而其它臂会严重过流造成损坏，同时使逆变器工作出现异常，因此必须对缺相进行保护。检测电网缺相通常采用电流互感器或电子缺相检测电路。由于电流互感器检测成本高、体积大，故开关电源中一般采用电子缺相保护电路。三相平衡时，R1～R3结点H电位很低，光耦合输出近似为零电平。当缺相时，H点电位抬高，光耦输出高电平，经比较器进行比较，输出低电平，封锁驱动信号。比较器的基准可调，以便调节缺相动作阈值。该缺相保护适用于三相四线制，而不适用于三相三线制。电路稍加变动，亦可用高电平封锁PWM信号。

4 短路保护

开关电源同其它电子装置一样，短路是最严重的故障，短路保护是否可靠，是影响开关电源可靠性的重要因素。IGBT(绝缘栅双极型晶体管)兼有场效应晶体管输入阻抗高、驱动功率小和双极型晶体管电压、电流容量大及管压降低的特点，是目前中、大功率开关电源最普遍使用的电力电子开关器件。IGBT能够承受的短路时间取决于它的饱和压降和短路电流的大小，一般仅为几μs至几十μs。短路电流过大不仅使短路承受时间缩短，而且使关断时电流下降率di/dt过大，由于漏感及引线电感的存在，导致IGBT集电极过电压，该过电压可在器件内部产生擎住效应使IGBT锁定失效，同时高的过电压会使IGBT击穿。因此，当出现短路过流时，必须采取有效的保护措施。为了实现IGBT的短路保护，则必须进行过流检测。适用IGBT过流检测的方法，通常是采用霍尔电流传感器直接检测IGBT的电流Ic，然后与设定的阈值比较，用比较器的输出去控制驱动信号的关断;或者采用间接电压法，检测过流时IGBT的电压降Vce，因为管压降含有短路电流信息，过流时Vce增大，且基本上为线性关系，检测过流时的Vce并与设定的阈值进行比较，比较器的输出控制驱动电路的关断。在短路电流出现时，为了避免关断电流的di/dt过大形成过电压，导致IGBT锁定无效和损坏，以及为了降低电磁干扰，通常采用软降栅压和软关断综合保护技术。在检测到过流信号后首先是进入降栅保护程序，以降低故障电流的幅值，延长IGBT的短路承受时间。在降栅动作后，设定一个固定延迟时间用以判断故障电流的真实性，如在延迟时间内故障消失则栅压自动恢复，如故障仍然存在则进行软关断程序，使栅压降至0V以下，关断IGBT的驱动信号。由于在降压程序阶段集电极电流已减小，故软关断时不会出现过大的短路电流下降率和过高的过电压。采用软降栅压及软关断栅极驱动保护，使故障电流的幅值和下降率都能受到限制，过电压降低，IGBT的电流、电压运行轨迹能保证在安全区内。在设计降栅压保护电路时，要正确选择降栅压幅度和速度，如果降栅压幅度大(比如75V)，降栅压速度不要太快，一般可采用2μs下降时间的软降栅压，由于降栅压幅度大，集电极电流已经较小，在故障状态封锁栅极可快些，不必采用软关断;如果降栅压幅度较小(比如5V以下)，降栅速度可快些，而封锁栅压的速度必须慢，即采用软关断，以避免过电压发生。

开关电源，之所以出来个开关这两个字，就是因为它工作在开关状态。

开关电源提供的输出很稳定，控制也很方便，现在来看，价格也很便宜。

开关电源可以将直流直接变为直流，而事实上目前输入交流，进去后马上就被整流成为直流了

。

直流电经过pwm震荡电路的控制，

控制mos管不断开关，形成方波或其他波形，通常频率非常高，一般有400khz，这个高频的交流电，进入一个变压器，变压后输出，然后整流，即可得到需要的输出直流了

之所以需要使频率到400khz那么高，事实上，频率越高，则可以把自己制造得越小，比如开关电源500w的可能只有1千克，而变压器恐怕10千克都不行。

频率越高，里边变压部分就可以做得越小，但控制就越麻烦越复杂，现在400khz左右是比较适合的。

正因为这样，所以开关电源才被广泛应用，比如计算机的电源，充电器的，都是开关电源了。

而且开关电源效率能达到98%甚至更高，而变压器都无法达到的。

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