開關電源工作原理

開關電源工作原理

開關電源是一種高頻化電能轉換裝置，其主要利用電力電子開關器件 (如晶體管、MOS管、可控晶閘管等)，通過控制電路，使電子開關器件周期性地"接通"和"關斷"，讓電力電子開關器件對輸入電壓進行脈沖調制，從而實現電壓變換以及輸出電壓穩定。開關電源的工作原理是調整矩形脈沖的寬度，以達到穩定電壓的目的，具有高效率、穩壓、精度和不使用電源變壓器等優點。

反激式開關電源工作原理

反激式開關電源是一種常見的電源類型，其工作原理是通過反激變壓器來實現電壓的轉換。具體來說，當開關管導通時，輸入電壓為零；而當開關管斷開時，反激變壓器會產生一個反向電動勢，從而使得輸出電壓得以升高或降低。

在單端反激式開關電源中，電路中的高頻變化器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側。所謂的反激，是指在開關管導通時，高頻變壓器T初級繞組的感應電壓為上正下負，此時整流二極管D1處于截止狀態，能量被存儲在初級繞組中。

此外，當開關管導通時，電流將從Uin流向初級地為初級繞組充電并且儲存能量。此時，由于二極管反向偏置，次級繞組沒有電流流動。而在開關關閉時，儲存在電感L中的能量通過正向偏置的二極管傳送到負載和電容器CO。這一過程提供了一個升降壓作用，實現了電壓的穩定輸出。

直流開關電源工作原理

直流開關電源的工作原理主要是通過高頻PWM（脈沖寬度調制）信號控制開關管，將輸入的交流電整流濾波成直流電，然后將這個直流電加到開關變壓器初級上。開關變壓器次級感應出高頻電壓，經過二次整流濾波后，輸出給負載。此外，輸出部分會通過一定的電路反饋給控制電路，以控制PWM占空比，達到穩定輸出的目的。

在交流電源輸入時，一般會經過厄流圈等設備過濾掉電網上的干擾，同時也能過濾掉電源對電網的干擾。在功率相同時，開關頻率越高，開關變壓器的體積就越小，但對開關管的要求就越高。開關變壓器的次級可以有多個繞組或一個繞組有多個抽頭，以得到需要的輸出。為了防止一些異常情況如空載、短路等可能導致開關電源燒毀的問題，通常還會增加一些保護電路。這種類型的開關電源廣泛應用于工業以及一些家用電器上，如電視機，電腦等。

交流開關電源工作原理

交流開關電源的工作原理涉及多個步驟。首先，交流電源輸入后，會經過輸入電磁干擾濾波器 (EMI) 進行濾波處理，以減少電網上的噪聲和干擾。然后，交流電會經過整流濾波電路，轉換為高壓直流電。

這個直流電會被加到開關變壓器初級上，通過控制電力電子開關器件（如晶體管、MOS管、可控晶閘管等）的周期性"接通"和"關斷"，實現對輸入電壓的脈沖調制。在開關管(振蕩逆變)的操作下，會產生高頻的交流信號。

這個高頻交流信號會感應到開關變壓器的次級，通過輸出整流與濾波電路進行二次整流和濾波處理，從而得到需要的直流輸出電壓。為了防止一些異常情況如空載、短路等可能導致開關電源燒毀的問題，通常會增加保護電路，如輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。

此外，根據輸入電壓和輸出電壓的類型不同，開關電源還可以分為DC-DC，AC-DC，DC-AC，AC-AC四類。其中DC-AC和AC-AC在實際應用中很少見到。

數字開關電源工作原理

數字開關電源是一種高效、優質的電源類型，其工作原理主要通過電力電子開關器件（如晶體管、MOS管、可控晶閘管等），結合控制電路進行周期性的"接通"和"關斷"操作，進而對輸入電壓進行脈沖調制，實現電壓變換以及穩定輸出。

數字電源采用數字信號來控制開關電源的開關狀態和頻率，并通過數字控制核心（例如DSP、FPGA等）對電源輸出進行細致的控制和監測。此外，數字電源通常具有多個輸出通道和多種工作模式，可以為多種不同的負載提供適宜的電源輸出，并支持多重保護和監控功能。

值得一提的是，數字電源具備通訊功能，可以通過TCP/IP、CAN總線、RS485等方式連接計算機，并通過軟件實現輸出的控制、監測與管理。這種特性使得數字電源具有極高的靈活性和可編程性，可以通過軟件編程進行輸出參數的控制，而模擬電源若想改變輸出參數，需要通過手動調節硬件旋鈕或開關。因此，無論在穩定性、準確性還是易用性等方面，數字開關電源都具有顯著的優勢。

單端反激式開關電源工作原理

單端反激式開關電源是一種常見的電源類型，其工作原理是通過反激變壓器來實現電壓的轉換。在電路中，所謂的單端是指高頻變化器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側。所謂的反激，是指在開關管導通時，高頻變壓器T初級繞組的感應電壓為上正下負，此時整流二極管D1處于截止狀態，能量被存儲在初級繞組中。

當Q1導通時，整流二極管D1、D2反向截止，輸出電容給負載供電。此時，T1相當于一個純電感，流過Np的電流線性上升，達到峰值Ip。然后，當Q1關斷時，所有儲能元件開始向負載釋放能量。

正激開關電源工作原理

正激式開關電源是一種高效的電源類型，其工作原理主要通過高頻變壓器實現電壓的轉換和隔離。在正激變換器中，當開關管導通時，電流和能量流入負載。此外，正激式開關電源結構比較復雜，適用于低壓，大電流（100W－300W）的開關電源，應用廣泛。

正激式開關電源可以看成一個帶有變壓器的buck電路。具體來說，正激的變壓器只有變壓功能，單端正激 (Forward)變換器是在buck的基礎上加入變壓器隔離，使得變壓器磁通僅在單方向變化；當開關管導通時，電源將能量直接傳送給負載。

串聯開關電源工作原理

串聯式開關電源，也被稱為斬波器，是一種在輸出功率控制方面應用廣泛的電源類型，其工作原理簡單且效率高。基本工作原理是通過控制開關的不斷“接通”和“關斷”，在負載兩端產生一個脈沖調制的輸出電壓uo。

具體來說，當控制開關接通的時候，開關電源向負載輸出一個脈沖寬度為Ton、幅度為Ui的脈沖電壓Up；當控制開關關斷的時候，開關電源向負載輸出一個脈沖寬度為Toff、幅度為0的脈沖電壓。通過這種方式，控制開關不停地“接通”和“關斷”，從而在負載兩端得到一個脈沖調制的輸出電壓uo。