開關電源的工作原理

開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制(PWM)控制IC和MOSFET構成。

開關電源的工作過程相當容易理解，在線性電源中，讓功率晶體管工作在線性模式，與線性電源不同的是，PWM開關電源是讓功率晶體管工作在導通和關斷的狀態，在這兩種狀態中，加在功率晶體管上的伏安乘積是很小的（在導通時，電壓低，電流大；關斷時，電壓高，電流小）/功率器件上的伏安乘積就是功率半導體器件上所產生的損耗。

與線性電源相比，PWM開關電源更為有效的工作過程是通過“斬波”，即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來實現的。脈沖的占空比由開關電源的控制器來調節。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過變壓器來升高或降低。通過增加變壓器的二次繞組數就可以增加輸出的電壓值。最后這些交流波形經過整流濾波后就得到直流輸出電壓。

開關電源一般由脈沖寬度調制(PWM)控制IC和MOSFET構成。隨著隨著電力電子技術的發展和創新，目前開關電源主要以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用到幾乎所有的電子設備，其重要性可見一斑。

基于TOP204的15V開關電源電路圖

圖為TOP204的典型應用電路。該電源的技術特點是輸入電壓為交流85～265V；輸出電壓為15V±2％；額定輸出功率為30W；輸出電壓紋波不大于±50mV；線性調整率為±2％；效率為85％。電路中，由N3、D8、C7、IC2、IC3、R1～R4和C8構成輸出電壓取樣電路，控制IC1輸出脈沖的占空比，從而實現穩定輸出電壓的目的。

調整C3和R5使振蕩頻率在30KHz-45KHz。輸出電壓需要穩壓。輸出電流可以達到500mA.有效功率8W、效率87%。其他沒有要求就可以正常工作。

推挽式開關電源電路圖

推挽式開關電源的典型電路如下圖所示。它是一個雙端轉換電路，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側。該電路采用兩個開關管VT1和VT2。兩個開關管在外部激勵方波信號的控制下交替導通和截止。在變壓器T的次級組中得到方波電壓，經整流濾波成所需的直流電壓。

這種電路的優點是兩個開關管易于驅動，主要缺點是開關管的耐壓必須達到電路峰值電壓的兩倍。電路的輸出功率比較大，一般在100-500W的范圍內。

降壓式開關電源電路圖

降壓式開關電源的典型電路如下圖所示。當開關管VT1導通時，二極管VD1截止，輸人的整流電壓經VT1和L向Ｃ充電，這一電流使電感Ｌ中的儲能增加。當開關管VT1截止時，電感Ｌ感應出左負右正的電壓，經負載RL和續流二極管VD1釋放電感Ｌ中存儲的能量，維持輸出直流電壓不變。電路輸出直流電壓的高低由加在VT1基極上的脈沖寬度確定。
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這種電路使用元件少，它同下面介紹的另外兩種電路一樣，只需要利用電感、電容和二極管即可實現。