开关电源工作原理开关电源工作原理详解
一、开关电源的工作原理
开关稳压电源有两种控制方式:宽度调制和频率调制。在实际应用中，宽度调制的应用非常广泛，目前开发和使用的开关电源集成电路大多数也是脉宽调制。因此，下面主要介绍脉宽调制开关稳压电源。
宽度调节开关电源的基本原理如下图所示。
对于单极矩形脉冲，其DC平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其DC平均电压值越高。平均DC电压可以通过公式计算，
即uo = um× t1/t。
其中Um为矩形脉冲的最大电压值；t是矩形脉冲周期；T1是矩形脉冲宽度。
从上面的公式可以看出，当Um？带t？常数DC平均电压Uo？将等于脉冲宽度T1？成正比。这样，只要我们随着稳压电源输出电压的增加而尽量缩小脉冲宽度，就可以达到稳定电压的目的。
二、开关稳压电源的原理电路
1基本电路
图二？开关电源基本电路框图
开关稳压电源的基本电路框图如图2所示。
交流电压经整流电路和滤波电路整流滤波后，成为具有一定脉动成分的DC电压。该电压在高频转换器中被转换成具有所需电压值的方波，最后该方波电压被整流和滤波成所需的DC电压。
控制电路为脉宽调制器，主要由采样器、比较器、振荡器、脉宽调制和基准电压组成。目前，这部分电路已被集成并制成各种开关电源的集成电路。控制电路用于调节高频开关元件的开关时间比，以达到稳定输出电压的目的。
2.单端反激式开关电源
单端反激式开关电源的典型电路如图3所示。所谓单端电路是指高频变换器的磁芯只在磁滞回线的一侧工作。所谓反激是指当开关管VT1？导通时，高频变压器T的初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1处于关断状态，在初级绕组中储存能量。当开关管VT1关断时，存储在变压器T初级绕组中的能量通过次级绕组和VD1？经过整流和电容c滤波后，输出到负载。
单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路。输出功率为20-100W，可同时输出不同电压，具有良好的电压调整率。唯一的缺点是输出纹波电压大，外特性差，适用于相对固定的负载。
单端反激式开关电源中使用的开关晶体管VT1？最大反向电压是电路工作电压的两倍，工作频率在20-200kHz之间。
3.单端正向开关电源
单端正向开关电源的典型电路如图4所示。该电路在形式上与单端反激电路相似，但工作情况不同。当开关晶体管VT1导通时，VD2也
导通，此时电网向负载输送能量，滤波电感L储能；当开关晶体管VT1截止时，电感L通过续流二极管VD3？继续向负载释放能量。
电路中还有一个箝位线圈和二极管VD2，可以将开关管VT1的最大电压限制在电源电压的两倍。为了满足磁芯复位条件，即磁通量建立和
复位时间应该相等，因此电路中脉冲的占空比不应大于50%。由于该电路在开关管VT1导通时通过变压器向负载传输能量，因此输出功率范围大，可输出50-200？电路中使用的变压器结构复杂，体积大。因此，这种电路的实际应用较少。
4.自激开关稳压电源
自激开关电源的典型电路如图5所示。这是一种由间歇振荡电路组成的开关电源，也是目前广泛使用的基本电源之一。
当连接电源时，启动电流在R1处提供给开关晶体管VT1，这使得VT1开始导通，其集电极电流Ic在L1处线性增加，而在L2？诱导VT1？基极极正，发出极负的正反馈电压，使得VT1？迅速饱和。同时，感应电压为C1充电。随着C1充电电压的增加，VT1的基极电位逐渐降低，导致VT1从饱和区退出。开始减少，在L2？诱导VT1？具有极负基极和极正发射的电压使VT1？迅速关断，然后二极管VD1导通，高频变压器T的初级绕组中存储的能量释放给负载。当VT1关闭时，L2中没有感应电压，DC电源的输入电压通过R1反向充电到C1，使VT1的基极电位逐渐升高，使其再次导通，再次翻转达到饱和状态，电路如此反复振荡。这里，就像单端反激式开关电源一样，变压器T的次级绕组向负载输出所需的电压。
自激式开关电源中的开关管起到开关和振荡的双重作用，也省去了控制电路。由于电路中的负载位于变压器的次级，并以反激状态工作，因此具有输入和输出相互隔离的优点。该电路不仅适用于高电源，也适用于低电源。
5.推挽式开关电源
推挽式开关电源的典型电路如图6所示。属于双端变换电路，高频变压器的磁芯工作在磁滞回线的两侧。该电路使用两个开关管VT1和VT2，它们在外部激励方波信号的控制下交替导通和关断，在变压器T的二次系统中获得方波电压，经过整流和滤波后转换为所需的DC电压。
这种电路的优点是两个开关易于驱动，主要缺点是开关的耐压应达到电路峰值电压的两倍。电路的输出功率比较大，一般在100-500？在w的范围内。
6.降压型开关电源
降压开关电源的典型电路如图7所示。当开关管VT1？导通时，二极管VD1？截止时，输入整流电压通过VT1和L对C充电，该电流增加了电感器L中的能量存储。当开关晶体管VT1截止时，电感器L感应出负左电压和正右电压，存储在电感器L中的能量通过负载r L和续流二极管VD1释放，从而保持输出DC电压不变。电路的输出DC电压由施加于VT1基极的脉冲宽度决定。
该电路使用的元件很少。与下面描述的其他两个电路一样，它只能通过使用电感、电容和二极管来实现。
7.升压开关电源
升压开关电源的稳压电路如图8所示。什么时候开关管？VT1？当导通时，电感器L存储能量。当开关管VT1？当关断时，电感L感应出负左电压和正右电压，叠加在输入电压上，通过二极管VD1向负载供电，使输出电压大于输入电压，形成升压开关电源。
8.反向开关电源
逆变器开关电源的典型电路如图9所示。这种电路也称为升降压开关电源。无论开关管VT1前的脉动DC电压高于还是低于输出端的稳定电压，电路都能正常工作。
什么时候开关管？VT1？导通时，电感l？储能二极管VD1？关断时，负载RL由电容器C的最后一次充电供电。当开关管VT1关断时，电感器L中的电流继续流动，并感应出一个上半部分为负、下半部分为正的电压，该电压通过二极管VD1向负载供电，同时向电容器C充电。
以上介绍了脉宽调制开关电源的工作原理和各种电路类型。在实际应用中，会有各种各样的实际控制电路，但无论如何，它们都是在这些基础上开发的。更多信息请关注土巴兔装修网。
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