開關電源--高效節能電源

開關電源被譽為高效節能電源。它代表著穩壓電源的發展方向，現已變成穩壓電源的主流產品。

開關電源的根本構造通常由DC/DC功率變換主電路和操控電路兩大有些所構成。其間DC/DC主電路進行功率變換，它是開關電源的中心有些，對電源設備的電功能、功率、溫升、可靠性、體積和分量等目標有決定性的效果。

1 主電路中開關變換器的拓撲構造，是指能用于變換、操控和調理輸入電壓的功率開關元件和儲能元件的不一樣配置。開關變換器拓撲構造可分為兩種根本類型：非阻隔式和阻隔式。這兩品種型中又各自包含有不一樣的電路拓撲品種。

2 非阻隔開關變換器

對于小功率DC/DC變換器(例如100W以下)，實際上用開關晶體管、開關二極管、電感、電容各一個，就能夠構成一臺非阻隔式DC/DC變換器，是各種DC/DC變換器中最簡略的拓撲。其主電路的中心是三端PWM開關，它表明DC/DC變換器PWM開關組合。開關晶體管、開關二極管和電感元件的不一樣組合，能夠構成降壓(Buck)、升壓(Boost)、降壓-升壓型(Buck-Boost)和升壓-降壓型(Boost -Buck)型4種DC/DC變換器的拓撲構造。

2.1降壓型拓撲構造

降壓型DC/DC變換器將輸入電壓變換成 0≤U0≤Ui 的安穩輸出電壓，所以又稱降壓開關電源。圖1為降壓型DC/DC變換器的典型電路。Ui 為輸入電源，通常為電池或電池組。S是主開關管，二極管D是輔佐開關管，也稱為整流管，通常運用具有較低正導游通電壓的肖特基二極管。S是由來自操控電路的脈沖信號操控開關。RL表明負載電阻。

在一個開關周期中，首要，在操控電路效果下S導通，二極管因受反向偏壓而截止，電流由電池流經S、電感L到電容C和負載。電感電流持續上升，電感儲能在添加，能量由電池傳送到電感并存儲在電感中;第二期間，操控電路使S截止，堵截電池和電感元件的銜接，所以電感發生感生電動勢使電流保持本來的流向，二極管D導通，為電感電流構成通路，電流由電感L流向電容C和負載，電感電流跟著時刻而降低，能量由電感流向負載。

經電感L、電容C濾波，在負載RL上可得到脈動很小的直流電壓Uo。為推導降壓型DC/DC變換器的輸出電壓與輸入電壓間的聯系，在主開關管S導通、二極管D截止時，疏忽S管的正導游通壓降;整流管導通、主開關管關斷時，疏忽二極管的壓降 ;疏忽電感、電容的寄生電阻。因為只要在開關管導通時期，儲能電感L的電流添加量和開關管截止時期儲能電感L中的電流減少數持平時，電路才到達平衡狀況，即在穩態時，電感充放電伏秒積持平，因而：

D為占空比。改動D，輸出電壓Uo的平均值也就隨之改動。因而，當負載及電網電壓變化時，能夠經過閉合的反應操控回路自動地調整占空比D來使輸出電壓Uo保持不變。

2.2升壓型拓撲構造

升壓型DC/DC變換器將輸入電壓變換成較高的安穩輸出電壓，又稱升壓開關電源。

如圖2是升壓型開關電源的典型電路。Ui 為輸入電源，S是主開關管，D是整流管。該電路的每個開關周期相同可分為兩個期間：第一期間，S導通，疏忽開關管的正導游通壓降，D截止。此刻，電感電流線性上升，能量從輸入電源變換成磁場能存儲在電感L中，負載RL上得到的電壓由電容C供給;第二期間：S截止，電感電流 開端線性降低，能量由電感元件流向負載。經電容C濾波，在負載RL上可得到脈動很小的直流電壓Uo。使用相同的方法，根據穩態時電感L的充放電伏秒積持平的原理，能夠推導出電壓聯系。

2.3降壓-升壓型拓撲構造

這個電路的開關管和負載構成并聯。在S導通時，電流經過L平波，電源對L充電。當S斷時，L向負載及電源放電，輸出電壓將是輸入電壓Ui加上UL，因而有升壓效果。

圖3是降壓-升壓型開關電源的典型電路。Ui 為輸入電源，S是主開關管，D是整流管。S在操控信號效果下在導通、截止狀況間變換。該電路的作業可簡略剖析如下：第一期間，S導通，D截止，疏忽開關管的正導游通壓降，此刻，電感電流線性上升，能量從輸入電源變換成磁場能存儲在電感L中，此刻負載得到的能量來自電容C;第二期間，D導通，S截止，電感電流開端線性降低，能量由電感元件流向電容和負載。經電容C濾波，在負載RL上可得到脈動很小的直流電壓Uo ，核算其平均值，推出降壓-升壓型DC/DC變換器的輸出電壓與輸入電壓間的聯系式：

式(3)中，若改動占空比D，則輸出電壓既可低于電源電壓，也也許高于電源電壓。

圖3 降壓-升壓型DC/DC變換器電路

2.4升壓-降壓型DC/DC變換器

圖4是升壓-降壓型開關電源典型電路。升壓-降壓型DC/DC變換器的根本作業原理如下：

第一期間：S導通，D截止。在輸入回路，電流由電池流向電感L1和主開關管S，電感L1接收來自電池的能量，電感電流線性添加;在輸出回路，電容C1經過S對濾波電容C2、負載RL及L2放電，因而D受反向偏壓而截止，這時C1將能量轉移給L2。

第二期間：S截止，D導通。當S截止時，在輸出回路，L2要保持電流方向不變，發生感應電動勢使D導通，所以能量由L2傳送到C2和負載RL;在輸入回路，電流由電池流經電感L1、電容C1和二極管D，曾經一期間的電感電流終值作為本期間的電流初值開端向藕合電容C1充電，跟著電容兩端電壓的添加，電感電流逐步減少，能量由L1轉移到C1中。

升壓-降壓型DC/DC變換器的輸出電壓與輸入電壓間的聯系式同降壓-升壓型聯系。升壓-降壓型DC/DC變換器電路雜亂，但紋波功能得到改進。若將兩電感繞在同一磁芯上，挑選適宜的匝比、耦合系數等，可得到零紋波輸出。

3 阻隔開關變換器

阻隔式是指輸入端與輸出端電氣不相通，經過脈沖變壓器的磁耦合方法傳遞能量，輸入輸出完全電氣阻隔。阻隔式又可分為以下幾種拓撲構造。

3.1單端反激式DC/DC變換器

開關電源電路中所謂的單端是指變換器的磁芯僅作業在磁滯回線的一側。所謂的反激是指當功率調整管T導通時，變壓器N在初級繞組中貯存能量;當功率調整管T截止時，變壓器N經過次級繞組向負載傳遞能量。即原/副邊交織通斷。這樣能夠防止變壓器磁能被積累的疑問，可是因為變壓器存在漏感，將在原邊構成電壓尖峰，也許擊穿調整管T，因而需求設置RCD緩沖電路。單端反激式DC/DC變換電路如圖5所示。反激電路不該作業于負載開路狀況。

當作業于電流連續形式時，單端正激式DC/DC變換電路如圖6所示。從電路原理圖上看，正激式與反激式很相似，表面上僅僅變壓器同名端的區別，但作業過程不一樣。當T導通時，變壓器N的初級和次級繞組一起導通，向負載傳送能量，濾波電感L貯存能量;當T截止時，電感L經過二極管D1持續向負載開釋能量。

擴展閱讀

開關電源老化設備的功能和特點 | 開關電源選型需注意哪些因素 | 開關電源老化架怎么使用 | 直流電子負載怎樣調控開關電源？ | 開關電源老化設備-開關電源老化柜的性能優勢 | 開關電源為什么要做老化測試