开关电源概述剖析
开关电源工作原理超详细解析
开关电源工作原理超详细解析开关电源（Switching Power Supply）是一种先将输入交流电转换为直流电，再通过变换器和开关元件进行调制和控制，最终输出所需电压和电流的电源装置。
它可以高效地进行能量转换，减少功耗，适用于各种电子设备。
下面将详细解析开关电源的工作原理。
1.开关电源的基本组成开关电源由输入滤波器、整流器、脉宽调制器、变压器、输出滤波器和反馈电路组成。
-输入滤波器：用于滤除输入电源中的干扰信号，并平滑输送到整流器。
-整流器：将交流电转换为直流电，常用的整流方式有全波整流和半波整流。
-脉宽调制器：根据反馈信号调整开关管的导通时间，控制开关元件的开关频率和占空比。
-变压器：将输入电压转换为所需的输出电压，并通过与脉宽调制器协调工作来控制输出电压的稳定性。
-输出滤波器：用于平滑输出电压，减少纹波幅度，并滤波输出电流。
-反馈电路：通过采样输出电压并与目标电压进行比较，产生反馈信号控制脉宽调制器的输出。
2.工作原理-输入滤波：交流电经过输入滤波器后，去除干扰信号，并保持电压稳定。
输入滤波器通常由电容和电感组成，它们通过电压和电流的交替变化，将输入电源趋于稳定。
-变压：通过变压器将输入电压进行转换，以获得需要的输出电压。
变压器一般由磁性材料、绕线、磁心等组成，通过众多的绕线匝数比实现输入电压于输出电压的变化。
-输出滤波：经过变压器的输出信号包含较多的纹波幅度，通过输出滤波器将纹波幅度减小到可以忽略不计的程度。
输出滤波器通常包括电感和电容，通过滤除高频杂波和平滑输出电流。
3.脉宽调制脉宽调制器是开关电源中至关重要的一个部件，负责控制开关元件（如晶体管或MOSFET）的开关频率和占空比，以调节输出电压的稳定性。
- 控制开关频率：脉宽调制器根据输出电压的需求，采用不同的控制方式，例如固定频率PWM（Pulse-Width Modulation）、可变频率PWM和电流模式控制。
通过调整开关频率，可以实现对输出电压的精确控制。
开关电源工作原理详解析
开关电源工作原理详解析开关电源是一种常见的电源供应器件，具有高效率、稳定性和可靠性等优点。
本文将详细解析开关电源的工作原理，包括其基本构成、工作过程以及相关应用。
一、基本构成开关电源主要由输入端、输出端、开关管、变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等组成。
输入端：负责接收交流电源输入，并通过变压器进行电压变换。
输入滤波电路：用于滤除交流电源输入时的干扰信号，保证后续电路正常工作。
整流电路：将输入的交流电转换为直流电，一般采用整流桥或者整流二极管进行整流。
滤波电路：通过滤波电容和滤波电感对整流电路输出的脉动电流进行滤波，使其变为更为纯净的直流电。
开关管：起到开关的作用，通过开关管的导通和关断，将高频信号传送到变压器。
变压器：将输入的电压进行变换，可以降压或升压，以满足输出端的要求。
稳压电路：控制输出电压的稳定性，通过反馈电路控制开关管的导通和关断，保持输出电压恒定。
二、工作过程1. 导通状态：开关管导通，电流从输入端经过变压器进入输出端。
在导通状态下，开关管内部电阻很小，电流能够顺利通过。
通过变压器的转换作用，电压可以降低或升高，然后通过整流电路和滤波电路处理，输出为直流电。
2. 关断状态：开关管关断，电流中断。
在关断状态下，开关管内部电阻很大，电流无法通过。
由于开关管的关断，变压器产生磁场的能量无处释放，因此会产生反向电压，反向电压的存在使得电流继续流动，这一能量会被储存在电感中。
通过不断交替地在导通状态和关断状态之间进行切换，开关电源可以实现高效率的电能转换，进而向输出端提供稳定的直流电。
三、应用领域开关电源由于其高效性和可靠性，广泛应用于各个领域。
以下是一些常见的应用：1. 电子产品领域：如电脑、手机、电视等消费电子产品，它们都需要稳定的直流电供应。
2. 工业自动化：在工业生产中，很多设备需要稳定可靠的电源，开关电源可以满足这些需求。
3. 通信设备：无论是固定电话、移动通信基站还是网络交换设备，都需要开关电源来提供稳定的电能。
最详细的开关电源分析
最详细的开关电源分析开关电源是一种能将输入电源电能高效地转换成输出电源电能的电子装置，广泛应用于各种电子设备和系统中。
本文将详细介绍开关电源的工作原理、分类、特点以及常见故障分析。
开关电源的工作原理：开关电源通过使用开关器件（如MOS管、可控硅等）的开通和关断来对输入电源进行周期性切换，从而实现输入电源电能到输出电源电能的转换。
开关电源的主要工作原理可以分为四个阶段：整流、滤波、变压和稳压。
1.整流：开关电源的输入一般是交流电，首先需要将交流电转换为直流电。
整流电路可以使用整流桥或者整流二极管进行半波或全波整流，将交流电转换为脉冲电流。
2.滤波：在整流后，脉冲电流中还存在很多纹波，需要通过滤波电路将其滤除，使得输出电压更加平稳。
常见的滤波电路有电容滤波器和电感滤波器，它们通过对电流进行平滑处理来得到稳定的直流电压。
3.变压：在滤波后，输出电压一般较低，需要通过变压器将其升高或降低。
变压器的工作原理是利用磁性耦合将输入电压传递到输出端，通过变压器的变比关系调整输出电压。
4.稳压：得到了所需的输出电压后，还需要对输出电压进行稳定控制。
稳压电路通过反馈控制将输出电压与设定值进行比较，调整开关器件的开闭时间，使得输出电压稳定在设定值。
开关电源的分类：按照输入电源类型，开关电源可以分为交流输入开关电源（AC/DC）和直流输入开关电源（DC/DC）两种类型。
交流输入开关电源主要被应用于家用电器、工业设备等领域，直流输入开关电源则主要用于电子设备和通信设备等领域。
按照结构形式，开关电源可以分为离线式开关电源和在线式开关电源。
离线式开关电源将输入电流与输出电路通过电压变换器隔离，具有较好的安全性能。
在线式开关电源则可以将输入电流直接传导至输出电路，体积小巧，但对工作环境要求较高。
开关电源的特点：1.高效性：开关电源采用开关器件进行切换，可以实现高效率的能量转换，尤其在大功率和高频率应用中效果显著。
2.稳定性：开关电源采用稳压反馈控制，能够在输入电压范围和负载变化时保持稳定的输出电压。
开关电源分析
一、开关电源定义 (2)二、开关电源优缺点 (2)１.开关稳压电源的优点 (2)２.开关稳压电源的缺点 (3)三、开关稳压电源的种类 (3)(１)按激励方式划分 (3)(２)按调制方式划分 (4)(４)按开关管电流的工作方式划分 (6)(５)按开关晶体管的类型划分 (6)(６)按晶体管的连接的连接方式划分 (7)(７)按输入与输出的电压大小划分 (8)(８)按工作方式划分 (8)(９)按电路结构划分 (9)四、开关电源组成及原理 (10)1．实际电路 (10)2．直流--直流变换原理 (11)五、耦合型自激调频式开关电源 (14)1．交流输入及整流滤波 (14)2．开关管导通回路 (15)3．启动电路 (16)4．形成自激振荡的正反馈电路 (16)5．脉宽调整电路 (17)6．开关脉冲电路中三极管的保护电路 (18)7．输入电源电压过压保护 (18)8．自动稳压电路 (19)9．多路直流电压输出 (20)一、开关电源定义开关电源是一种控制晶体管通断时间比率以维持电压稳定输出的电源。
实际上，开关稳压电源的核心部分是一个直流变压器二、开关电源优缺点１.开关稳压电源的优点功耗小，效率高。
在下图中的开关稳压电源电路中，晶体管V在激励信号的激励下，它交替地工作在导通—截止和截止—导通的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz左右，在一些技术先进的国家，可以做到几百或者近1000kHz。
这使得开关晶体管V的功耗很小，电源的效率可以大幅度地提高，其效率可达到80%。
体积小，重量轻。
从开关稳压电源的原理框图可以清楚地看到这里没有采用笨重的工频变压器。
由于调整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了较大的散热片。
由于这两方面原因，所以开关稳压电源的体积小，重量轻。
稳压范围宽。
从开关稳压电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿，这样，在工频电网电压变化较大时，它仍能够保证有较稳定的输出电压。
开关电源分析
开关电源分析开关电源是一种广泛应用于电子设备中的电源转换器。
它将输入电压转换为所需输出电压，并通过开关元件的控制实现电路的开关功能。
在讨论开关电源的原理和分析之前，我们先来了解一下开关电源的基本构成和工作原理。
开关电源通常由输入滤波电路、整流电路、变换电路和输出滤波电路四个主要部分组成。
首先是输入滤波电路，它主要用来对输入电压进行滤波和去除杂散干扰。
输入电压经过输入滤波电路后，得到平稳的直流电压。
接下来是整流电路，它将输入直流电压转换为脉冲电压。
整流电路通常采用二极管桥整流电路。
当输入电压大于输出电压时，二极管导通，电流经过负载；否则，二极管不导通，电流通过滤波电容器进行充电。
然后是变换电路，它是开关电源的核心部分，用于将脉冲电压转换为所需的输出电压。
变换电路主要由开关管和变压器组成。
开关管控制变压器的工作状态，将输入电压转换为脉冲电流，并通过变压器的绝缘性能得到所需的输出电压。
最后是输出滤波电路，它主要用于滤波输出脉冲电压，使其变得平稳，以供给电子设备使用。
了解了开关电源的基本构成和工作原理，我们接下来来分析一下开关电源的优点和缺点。
首先是开关电源的优点。
开关电源的转换效率较高，一般可以达到70%以上，有些高效率电源甚至可以达到90%以上。
这是因为开关电源采用了高频开关技术，减小了传统线性电源中能量损耗较高的电压调节器。
开关电源还具有体积小、重量轻的特点，便于携带和安装。
此外，开关电源还能实现对输出电压和电流的精确控制，并提供额外的保护功能，如电流限制、过温保护等。
然而，开关电源也存在一些缺点。
首先是开关电源产生的高频噪声会对其他电子设备造成干扰。
其次，开关电源的设计和制造要求较高，需要较复杂的电路和元器件，增加了成本和技术难度。
此外，开关电源还可能产生较多的电磁辐射，对周围环境和人体健康造成一定的影响。
因此，在实际应用中，我们需要根据具体情况来选择是否使用开关电源。
最后，我们来简单介绍一下开关电源的应用领域。
开关电源概述
1第 1 章概论开关电源打破了传统线性电源的稳压模式，调整管工作于开关状态，通过控制调整管（也称开关管）的开关时间来实现稳压。
开关电源的优点是体积小、重量轻、功耗小、稳压范围宽，效率可高达 80％～ 90％。
由于开关管功率损耗小，散热器也随之减小。
此外，开关工作频率在几十 kHz 甚至几百kHz ，滤波电感、电容元件可用较小的容量，允许的环境温度也可以大大提高，所以被广泛地应用在各种电子产品中。
本章主要介绍开关电源的基本构成、分类及工作原理，让读者对开关电源有一个初步的了解与认识。
1-1稳压电源的比较电子设备离不开电源，电源供给电子设备所需要的能量。
电源的性能、质量直接影响着电子设备的安全可靠运行，故此，电子设备电源质量的要求也越来越高。
现有的电源主要有两大类：串联线性稳压电源（简称线性电源）和开关稳压电源（简称开关电源）。
这两类电源各具特色而被广泛应用。
1.1.1线性电源的结构与特点线性电源的组成框图如图 1-1 所示。
图1-1直流稳压电路原理框图及输出波形线性电源通常都是由电网所提供的交流电，经过变压、整流、滤波和稳压等环节而得到，各部分电路的作用如下：电源变压器——是将 220V 电网电压变换为整流电路所需要的交流电压值，少部分电路采用电容降压，比如遥控电风扇电路。
整流电路——是将交流电压变换为脉动直流电压。
常用的整流电路有半波、全波和桥式整流电路。
滤波电路——是将脉动直流电压变换成较为平滑的直流电压。
线性电源中常用的滤波电路有电感滤波、电容滤波和阻容滤波，最常用是电容滤波。
稳压电路——是将直流电源的输出电压稳定，基本不受电网电压或负载的影响。
线性电源中常用的稳压电路有二极管稳压、串联稳压；其中，串联稳压有现成的集成电路，比如，固定电压输出的集成电路有LM78XX ， LM79XX 等，可调电压输出的集成电路有LM317 和 LM337 等。
2如图 1-2所示为包含了市电降压、整流、滤波和稳压共4个功能模块的线性稳压电源。
开关电源工作原理超详细解析
开关电源工作原理超详细解析开关电源是一种常见的电源供应器件，它通过将输入电源的直流电转换为高频脉冲电流，再经过整流、滤波和稳压等环节，输出稳定的直流电。
本文将详细解析开关电源的工作原理，包括开关电源的基本组成部分、工作原理的流程、常见的开关电源拓扑结构以及其优点和应用。
一、开关电源的基本组成部分开关电源通常由以下几个基本组成部分构成：1. 输入电路：用于接收外部交流电源，并将其转换为适合开关电源工作的直流电压。
2. 整流电路：将输入电压转换为脉冲电流，通常采用整流桥或者整流电路来实现。
3. 滤波电路：用于平滑整流后的脉冲电流，以减小输出电压的波动。
4. 开关器件：通常采用晶体管或者功率MOSFET等开关器件，用于控制电流的开关状态。
5. 控制电路：用于控制开关器件的开关频率和占空比，以控制输出电压的稳定性。
6. 输出电路：将经过整流、滤波和稳压处理后的直流电压输出给负载。
二、开关电源的工作原理流程开关电源的工作原理可以分为以下几个流程：1. 输入电路接收交流电源：开关电源的输入电路通常采用变压器来降低输入电压，然后通过整流电路将交流电转换为直流电。
2. 整流电路将交流电转换为脉冲电流：整流电路通常采用整流桥或者整流电路来将交流电转换为脉冲电流，这样可以减小能量损耗。
3. 滤波电路平滑脉冲电流：滤波电路通常采用电容器和电感器来平滑脉冲电流，以减小输出电压的波动。
4. 控制电路控制开关器件的开关频率和占空比：控制电路通过对开关器件的控制，可以控制开关频率和占空比，从而控制输出电压的稳定性。
5. 输出电路将处理后的直流电压输出给负载：经过整流、滤波和稳压处理后的直流电压将被输出给负载，供其正常工作。
三、常见的开关电源拓扑结构开关电源有多种拓扑结构，常见的有以下几种：1. 单端开关电源：输入电源和输出电源共用一个地线，适用于低功率应用。
2. 双端开关电源：输入电源和输出电源分别有独立的地线，适用于高功率应用。
各种开关电源电路原理详细解剖
各种开关电源电路原理详细解剖开关电源电路是一种常见的电源供电电路，其采用了开关管（如MOSFET、BJT等）等元件进行开关控制，通过快速的开关过程来调整输入电源的输出电压或电流。
开关电源电路具有高效率、小体积和稳定性等优点，被广泛应用于各种电子设备中。
开关电源电路主要分为两个部分：输入端和输出端。
输入部分由滤波电路和整流电路组成，而输出部分则是由开关变换电路和滤波电路组成。
下面将详细介绍开关电源电路的原理。
1.输入端输入端主要包括变压器、整流电路和滤波电路。
变压器是将交流电源变换为所需的输入电压，在开关电源中通常采用高频变压器，可以有效减小体积。
整流电路使用整流二极管或整流桥，将交流电压转换为直流电压。
滤波电路用于降低输入电压的纹波，通常由电容和电感组成。
2.开关变换电路开关变换电路是开关电源电路的核心部分，主要包括开关元件、驱动电路和控制电路。
开关元件通常采用MOSFET或BJT，通过控制开关元件的导通和截止，实现输入到输出的电流或电压转换。
驱动电路负责对开关元件进行驱动，保证其正常工作。
控制电路根据输出电压或电流的变化情况，对开关元件的工作状态进行调整和控制。
3.输出端输出端主要由输出电感、输出电容和负载组成。
输出电感用于过滤开关元件产生的高频脉冲，减小输出纹波。
输出电容则用于提供稳定的直流输出电压。
负载是接在输出电容之后的电子设备，通过负载电流来消耗电源提供的电能。
开关电源电路的工作原理是：当输入交流电压通过滤波电路和整流电路转换为直流电压后，控制电路会监测输出电压或电流的变化情况，并根据需要对开关元件的工作状态进行调整。
当需要提供更大的输出电流时，开关元件导通，输入电源能量通过变压器传递到输出端；当需要较小的输出电流时，开关元件截止，变压器不再传递能量到输出端。
通过快速的开关过程，可以在较高频率下实现输入电压和输出电压的转换。
总结起来，开关电源电路通过开关元件的控制实现输入输出电压或电流的转换，具有高效率、小体积和稳定性等优点。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
主要内容
1.1线性稳压电源与开关稳压电源 1.2降压型开关电源 1.3升压型开关电源 1.4极性反转型开关电源 1.5开关电源中的控制、驱动和保护电路 1.6开关电源中的器件 1.7开关电源中的材料
1.1线性稳压电源与开关稳压电源 1.1.1 线性稳压电源
图1-1线性稳压电源原理图
1.1.2 开关稳压电源 开关稳压电源的结构
图1-2开关稳压电源原理图
1.1.3开关稳压电源的种类 按功率开关管的类型分类
(1)晶体管型开关电源 (2)晶闸管型开关电源 (3)MOSFET型开关电源 (4)IGBT型开关电源
图1-4 按功率开关管的类型分类
1.1.4 开关稳压电源的种类 按储能电感的连接方式分类
2Uces ) • (tr
tf
)T
•
IO2
•
L
①.转换效率η与开关管V的功率损耗PZ成反比 ②.转换效率η与储能电感L上的功率损耗成反比 ③.转换效率η与输入电流Ii 和输入电压Ui成正比
1.2.4降压型开关稳压电源的设计
1.功率开关管V的选择
IGBT或MOSFET或GTR
2.续流二极管VD的选择
3.储能电感L的选择 L RLmax • (1 D) 1.5 f
4输出滤波电容C的选择
C
UO 8Lf 2UO
1
UO Ui
1.3升压型开关稳压电源 1.3.1升压型开关稳压电源的电路结构
图1-14升压型开关电源
1.3.2升压型开关稳压电源的工作原理
图1-14升压型开关电源
(1).开关管V的导通期内，储能电感中 电流的变化量为
I L1
Ui L
• tON
(2).开关管V的截止期内，储能电感中 电流的变化量为
I L2
Ui
UO L
Ud
• tOFF
(3).开关管V导通期与截止期能量转换的条件：
Ui L
• tON
Ui
UO Ud L
• tOFF
即UO
Ui
•1 1 D
1.3.3升压型开关稳压电源的设计
1.功率开关管V的选择
Uceo、Ic、Pc
图1-7升压式开关电源
(2)降压式开关电源 (3)输出极性反转式开关电源
1.2降压型开关稳压电源 1.2.1降压型开关稳压电源的电路结构
图1-8降压式开关电源
1.2.2降压型开关稳压电源的工作原理
图1-8降压式开关电源
(1).开关管V的导通期内，储能电感中
电流的最大变化量为I Lm来自x1UiUO L
• tON
(2).开关管V的截止期内，储能电感中 电流的最大变化量为
I L max2
UO L
• tOFF
(3).开关管V导通期与截止期能量转换的条件：
Ui
UO L
• tON
UO L
• tOFF
即UO
tON tON tOFF
•Ui
D •Ui
tON T
•Ui
1.2.3降压型开关稳压电源重要参数的计算
按储能电感的连接方式分类
(3) 并联独立输出型：通过续流电感的电磁耦合，实现隔离输出。 （电源输入端不使用变压器、实现多种电压输出）
＊应用最多的一种电路形式
＊三极管V可使用功率场效应管 ＊脉冲调宽、脉冲发生及误差信号的产生等可集成化例如TOP221TOP227
按输入和输出电压的大小分类 (1)升压式开关电源
按储能电感的连接方式分类
(2)、并联型：储能电感 和负载相并联
① V饱和导通时，VD截止，UI经V在L中产生电流iL，L储能。 ② V截止时， L中的电流不能突变，产生上负 下正的自感电动
势，VD导通，续流电流iZ 向电容C充电，将L中的磁能转换为电 容C中的电能。
◆总之，调整管V导通期间，L储存磁能，负载由电容C供电； 调整管V截止期间，L释放磁能，转变为C的电能，同时向负载供电。 ※并联型电路中，调整管承受的反峰电压为2UI ，为串联型的两倍。
串联型 并联型 并联独立输出型
(1) 串联型：储能电感 和负载相串联
① V饱和导通时，VD截止，UI经V在L中产生电流iL向电容C充电。 ② V截止时， L中的电流不能突变，产生左负 右正的自感电动
势，VD导通，续流电流 iZ 向电容C充电，将L中的磁能转换为电 容C中的电能。
◆总之，调整管V导通期间，L储存磁能，并给电容C充电，同时向负载供电； 调整管V截止期间，L释放磁能，转变为C的电能，同时向负载供电。
1.4.3极性反转型开关稳压电源的设计
图1-14升压型开关电源(a)
图1-15极性反转型开关电源(a)
2.功率开关管V功率损耗P的计算(四段计算)
PZ
1 T
ICO
•
UC
• tOFF
IC
• Uces • tON
1 6 IC (UC
2Uces ) • (tr
t f )
3.功率开关管V功率损耗P的计算(四段计算)
1
Ii
1 •Ui
•T
ICO
• UC
• tOFF
IC
• Uces
• tON
1 6
IC (UC
(1).开关管V的导通期内，电感储存的能量：
PL
U O 2tOFF 2 2LT
(2).开关管V的截止期内，电感中的能量传给 负载：
UO
U i
D 1 D
图1-15极性反转型开关电源
结论：
①.UO与Ui极性相反 ②.改变D可改变UO，稳定D可稳定UO ③.D＞1-D时，即D＞0.5时，UO＞Ui
D＜1-D时，即D＜0.5时，UO＜Ui
1.输出纹波△UO 的计算
UO
U
2 O
8C •
•T 2 L •Ui
实际输出的纹波还包括电网工频纹波电压和高频功率转换产生的寄生纹波电压
减少纹波电压的方法：
(1).采用肖特基二极管或快恢复二极管
(2).采用阻容吸收网络
(3).串接小容量电感
图1-10采用阻容吸收网络
1.2.3降压型开关稳压电源重要参数的计算
2.续流二极管VD的选择
3.输出滤波电容C的选择 C IO (UO Ui ) UO fUO
4.储能电感L的选择 L 10DU O (1 D)2
7IO f
1.4极性反转型开关稳压电源 1.4.1极性反转型开关稳压电源的电路结构
图1-15极性反转型开关电源
1.4.2极性反转型开关稳压电源的工作原理
1.输出纹波△UO 的计算 UO UO1 UO2
△UO1：开关管V导通时间内滤波电容C上电压的变化量
△UO2：开关管V截止时间内滤波电容C上电压的变化量
U O1
1 C
U O
• tON • tOFF 8L
图1-2
U O 2
1 C
U
O
• tON 8L
2
1.2.3降压型开关稳压电源重要参数的计算