一分钟快速了解开关电源：原理图与技术方案详解
一分钟快速了解开关电源：原理图与技术方案详解
随着工业的快速发展，开关电源因其高效、小型化的特点逐渐成为主流。本文将从定义、分类、工作方式和基本原理等方面，帮助读者快速了解这一重要电子元件。
什么是开关电源
开关电源是开关稳压电源的简称，一般指输入为交流电压、输出为直流电压的AC-DC变换器。开关电源内部的功率开关管工作在高频开关状态，本身消耗的能量很低，电源效率可达75%~90%，比普通线性稳压电源（线性电源）提高一倍。
说到线性电源（如图1所示），它与开关电源的区别是什么呢？说的通俗一点就是线性电源的调压可以看成是调阻值调压，相当于调节滑动变阻器使电压发生改变。开关电源则可以看成是通过调节开关的频率而使电压发生变化。
图 1 线性电源
开关电源分类
无工频变压器式开关电源：通过体积小的高频变压器来代替笨重的工频变压器，实现与电网隔离。由于开关电源内部器件工作在高频开关状态，因此本身消耗的能量很低，电源效率比普通线性电源提高一倍。
开关稳压器：是一种开关式集成稳压器，将PWM控制器、功率输出级、保护电路等集成在一个芯片中，稳压器效率可达90%以上，有的还能连续调节输出电压，适合制造从几十瓦至几百瓦的开关电源。
单片开关电源：将开关电源的主要电路都集成在芯片中，能实现输出隔离、脉宽调制及多种保护功能，其集成度最高。单片开关电源通过输入整流滤波器适配85
265V、47400HZ的交流电。而且它具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等优点，现已成为开发600W以下中、小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块化的优选集成电路。
图 3 单片开关电源模块
开关电源工作方式
开关电源按控制原理来分类，可以有以下4种分类：
脉冲宽度调制（PWM）式：通过调节脉冲宽度实现稳压目的，其核心是PWM控制器。这种方式开关电源的应用最为普遍，其占空比调节范围大，PWM还可以和主系统的时钟保持同步。
脉冲频率调制（PFM）式：通过调节开关频率来实现稳压目的，其核心是PFM控制器。这种方式适合于便携式设备，它在低占空比、低频条件下降低控制芯片的静态电流。
脉冲密度调制（PDM）式：其特点是脉宽恒定，通过调节脉冲数实现稳压目的。它采用零电压技术，能显著降低功率开关管损耗。
混合调制式：PWM和PFM的组合。开关周期开关周期和脉冲宽度都可调。
需要指出的是，PWM控制器既可作为一片独立的集成电路使用，也可被集成开关稳压器中，或集成在开关电源中。其中，开关稳压器属于DC-DC变换器，开关电源一般为AC-DC变换器。
开关电源基本原理
开关电源的基本原理如图5所示。主要由以下7部分构成：
- 输入整流滤波器，包括整流桥和输入滤波电容；
- 单片开关电源，内含功率开关管和控制器（含振荡器、基准电压源、误差放大器和PWM比较器），MOSFET；
- 漏极钳位保护电路；
- 高频变压器；
- 输出整流滤波器；
- 光耦反馈电路；
- 偏置电路 ，给光耦合器的光敏三极管提供偏压。
图 5 单片开关电源基本原理
原理分析
稳压原理分析如下：当由于某种原因致使V上升，这时LED上的电流就提高，经过光耦器使接收管的发射极电流上升，进而使TOPSWITCH的控制端电流变大，占空比变小，导致V下降，从而达到稳压的作用。
总结
从以上我们可以看出开关电源作为现如今电源界的娇子，它还有很长的生命周期，而且优势明显。从运行原理上看许多因素都会影响开关电源的质量，而且其他保护电路的增加也会使开关电源安全性得到更高保障，隔离的选取也会影响电源的反应程度。