几种常见的开关电源的工作原理及电路图详解.docx

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1、几种常见的开关电源的工作原理及电路图详解开关电源简介开关电源乂称交换式电源、开关变换器，是种高嫉化电能转换装置,是电源供应器的一种“其功能是将一个位准的电压，透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或啦1。开关电源的基本组成1主电路冲击电流限幅：限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流。输入波波器:其作用是过渡电网存在的杂波及阻碍本机产生的杂波反馈回电网。整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分。输出整流与漉波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。2控制电路一方面从输出端取样，与设定值进行比较，然后去控制逆变器，改变其脉宽

2、或脉频，使输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对电源进行各种保护措施。3测电路提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据.4辅助电源实现电源的软件（远程）启动，为保护电路和控制电路（PWM等芯片）工作供史。开关电源原理图详解（一）开关式稳压电源的必本工作原理开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种,在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源发成电路中,绝大多数也为味宽调制型（PW期。因此卜.面就主要介绍调宽式开关稳压电源，调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。图1调宽式示意图对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉

3、冲的宽度,脉冲越宽，其直流平均电压值就越离.直流平均电压U.可由公式计算，即Uo=UinXT1.ZT式中Um为矩形脉冲最大电压值;T为矩形脉冲周期;T1.为矩形脉冲宽度。从上式可以看出，当Um与T不变时，直流平均电乐Uo将与脉冲宽度T1.成正比。这样，只要我们设法使脉冲宽度随稔压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的H的.开关式稳压电源的原理电路-开关电源原理图1基本电路交流电压经整流电路及泄波电路整流戏波后，变成含有一定脉动成份的直潦电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再聘这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。控制电路为一脉冲宽度涮制器，它主要由取样器、比较

4、器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到秘定输出电压的目的,2开关电源原理图-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三所示。电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的恻。所谓的反激，是指当开关管VT1.导通时，高频变压器T初级绕组的感应电压为上正下负，整流二:极管YDI处r截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管YTI截止时，变压器T初级绕组中存储的能狂，通过次级绕组及VD1.整流和电容C用波后向负载输出,图3单端反激式开关电源单端反激式开关电源是一种成本最低的电邈

5、电路，输出功率为20100W,可以同时输出不同的电压，目有较好的电压调整率。唯一的缺点是输出的触波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。单端反激式开关电源使用的开关管VTI承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍，工作频率在20-20OkHZ之间。3开关电源原理图单端正激式开关电源单端正激式开关电源的典型电路如图四所示。这种电路在形式上与单端反激式电路相似，但工作情形不同。当开关管VT1.导通时，VD2也导通，这时电网向负载传送能量,港波电感1.储存能量;当开关管Vn截止时，电感1.通过续流二极管VD3继续向负我释放能量。图4单端正激式开关电源在电路中还设有钳位线圈与二极管VD2,它可以将

6、开关管VT1.的最高电压限制在两倍电源电压之间。为满足磁芯更位条件，即磁通建立和更位时间应相等,所以电路中脉冲的占空比不能大于50%。由于这种电路在开关管VT1.导通时，通过变压器向负载传送能量，所以输出功率范围大，可输出50-200W的功率。电路使用的变压器结构攵杂，体积也较大，正因为这个原因，这种电路的实际应用较少。4开关电源原理图-自激式开关稳压电源自激式开关积片电源的典型电路如图五所示。这是种利用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。图5自激式开关桎压电源当接入电源后在R1.给开关管VT1.提供启动电流，使VT1.开始导通，其集电极电潦1在1.1.中线性增长，在1

7、.2中感应出使VT1.基极为正，发射极为负的正反馈电压，使VT1.很快饱和。与此同时，感应电压给C1.充电，随着C1.充电电压的增高，VTI基极电位逐渐变低，致使VT1.退出饱和区,Ic开始减小，在1.2中感应出使YTI基板为负、发射极为正的电压，使VT1.迅速截止，这时二极管VD1.导通，高频变压器T初级绕组中的储能释放给负毂。在VT1.截止时，1.2中没有感应电压，直潦供电输人电压又经RI给C1.反向充电，逐渐提高打1基极电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重更振荡卜.去。这里就像单端反激式开关电源那样，由变压器T的次级绕组向负载输出所需要的电压。自激式开关电源中的开关管起

8、着开关及振荡的双重作从，也省去了控制电路。电路中由于负载位于变压器的次级且工作在反激状态，具有输人和输出相互隔离的优点.这种电路不仅适用丁大功率电源，亦适用丁小功率电源。5开关电源原理图-推挽式开关电源推挽式开关电源的典型电路如图六所示。它属于双端式变换电路,高频变压器的磁芯工作在磁滞回线的两侧“电路使用两个开关管VTI和YT2.两个开关管在外激励方波值殳的控制下交替的导通与截止，在变压器T次级统组得到方波电压，经推流滤波变为所需要的直流电压。图6推挽式开关电源这种电路的优点是两个开关管容易驱动，主要缺点是开关管的耐用要达到两倍电路峰值电压,电路的输出功率较大，一般在100-50(W范围内.6

9、开关电源原理图-降压式开关电源降压式开关电源的典型电路如图七所示。当开关管Vn导通时，二极管VD1.截止，输人的整流电压经VT1.和1.向C充电，这电流使电感1.中的储能增加。当开关管VT1.微止时，电感1.感应出左负右正的电压，经负载R1.和续流二极管VDI移放电感1.中存储的能量，维持输出直流电压不变。电路输出直流电压的高低由加在VT1.基极上的脉冲宽度确定。图7降压式开关电源这种电路使用元件少，它同卜.面介绍的另外两种电路一样，只需要利用电感、电容和二极管即可实现。7开关电源原理图-升压式开关电源升压式开关电源的稔压电路如图八所示。当开关管VT1.导通时，电感1.储存能量。当开关管YT1

10、.截止时，电感1.感应出左负右正的电压，该电压强加在输人电压上，经二极管VD1.向负载供电,使输出电压大于输人电压,形成升压式开关电源。图8升压式开关电源8开关电源原理图-反转式开关电源反转式开关电源的典型电路如图九所示。这种电路乂称为升降压式开关电源.无论开关管VT1.之前的脉动直流电压高或低丁输出端的稳定电压，电路均能正常工作.图9反转式开关电源当开关管VTI导通时，电感1.储存能量，二极管VD1.截止，负我R1.靠电容C上次的充电电荷供电。当开关管WI截止时，电感1.中的电流继续流通，并感应出上负下正的电压，经二极管VD1.向负载供电，同时给电容C充电。开关电源发展方向分析开关电源裔频化是其发展的方向，而频化使开关电源小型化，并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，推动了开关电源的发展前进，每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可狂、抗干扰的方向发展.开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类,DC/DC变换器现已实现模块化，11设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为灾杂的技术和工艺制造问题。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。开关电源中应用的生31工器件主要为二极管、IGBT和MOSEETx变压罂。