開關(guān)電源電路圖及原理詳解

開關(guān)電源是一種交直流電轉(zhuǎn)換的電源裝置，它通過(guò)開關(guān)管的開關(guān)動(dòng)作，以高頻率將輸入電壓切換為脈沖信號(hào)，然后通過(guò)整流濾波電路將其轉(zhuǎn)換為直流電壓輸出。開關(guān)電源具有高效率、小體積、輕重量、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

開關(guān)電源工作原理

開關(guān)電源的基本工作原理是通過(guò)開關(guān)管的開關(guān)動(dòng)作，將輸入電壓切換為高頻脈沖信號(hào)。這個(gè)高頻脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)變壓器或電感器的變換和濾波電路的處理，最終得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。開關(guān)電源的輸出電壓可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整和穩(wěn)定，以滿足不同設(shè)備的電源需求。開關(guān)電源具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括高效率、穩(wěn)定性好、體積小、重量輕、可靠性高等。它廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備、通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備、工業(yè)控制系統(tǒng)等領(lǐng)域，成為現(xiàn)代電子技術(shù)中常見的電源類型之一。

開關(guān)電源的元件構(gòu)成

開關(guān)電源分類

開關(guān)電源可以根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，以下是幾種常見的分類方式：

1.按輸入電源類型分類分為：

AC-DC開關(guān)電源：將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。

DC-DC開關(guān)電源：將直流電轉(zhuǎn)換為另一種直流電壓。

2.按工作方式分類：

單端開關(guān)電源：只有一個(gè)開關(guān)管，適用于低功率應(yīng)用。

雙端開關(guān)電源：有兩個(gè)開關(guān)管，適用于高功率應(yīng)用。

3.按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類：

按照拓?fù)浯笾驴煞譃?Buck （降壓）、Boost（升壓）、Buck-Boost（降壓-升壓）、Flyback（反激）、Forward（正激）、Two-Transistor Forward（雙晶體管正激）、Push-Pull(推挽)、Half Bridge(半橋)、Full Bridge (全橋)等，這些分類方式只是其中的一部分，開關(guān)電源還可以根據(jù)其他特定的要求和應(yīng)用進(jìn)行更詳細(xì)的分類。

接下來(lái)我們針對(duì)常用的Flyback（反激）、Forward（正激）做一些介紹，正激和反激是兩種不同的開關(guān)電源技術(shù)，正激式開關(guān)電源是指使用正激高頻變壓器隔離耦合能量的開關(guān)電源，與之對(duì)應(yīng)的有反激式開關(guān)電源。

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正激式開關(guān)電源

正激式開關(guān)電源中結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但輸出功率很高，適用于100~300W的開關(guān)電源，一般用在低壓、大電流的開關(guān)電源，應(yīng)用比較廣泛。

如下圖所示，對(duì)于正激式開關(guān)電源具體是指當(dāng)開關(guān)管接通時(shí)，輸出變壓器充當(dāng)介質(zhì)直接耦合磁場(chǎng)能量，電能與磁能相互轉(zhuǎn)化，使輸入輸出同時(shí)進(jìn)行。在日常應(yīng)用中也存在不足：如需要增加反電動(dòng)勢(shì)繞組（防止變壓器初級(jí)線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)把開關(guān)管擊穿），次級(jí)多加1個(gè)電感進(jìn)行儲(chǔ)能濾波，因此相比反激式開關(guān)電源而言其成本較高，而且正激式開關(guān)電源變壓器的體積要比反激式開關(guān)電源變壓器的體積大。

正激式開關(guān)電源

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反激式開關(guān)電源

如下圖所示，反激式開關(guān)電源是指使用反激高頻變壓器隔離輸入輸出回路的開關(guān)電激，它的變壓器不僅起到變換電壓傳輸能量的作用，同時(shí)還起到儲(chǔ)能電感的作用，因此，反激式變壓器類似于電感的設(shè)計(jì)。所有電路比較簡(jiǎn)單，容易控制，反激式在5~100W的小功率方面應(yīng)用非常廣泛。對(duì)于反激式開關(guān)電源，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，變壓器原邊電感電流上升，由于反激電路輸出線圈同名端相反，因此輸出二極管截止，變壓器儲(chǔ)存能量，負(fù)載由輸出電容進(jìn)行能量供應(yīng)，當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，變壓器原邊電感感應(yīng)電壓反向，此時(shí)輸出二極管導(dǎo)通，變壓器的能量通過(guò)二極管向負(fù)載供電，同時(shí)對(duì)電容充電。

反激式開關(guān)電源

由對(duì)比可知，正激的變壓器只有變壓功能，整體可以看成一個(gè)帶變壓器的buck電路。反激的變壓器可以看作一個(gè)帶變壓功能的電感，是一個(gè)buck-boost電路?？偟膩?lái)說(shuō)，正激反激工作原理不同，正激是初級(jí)工作次級(jí)也工作，次級(jí)不工作有續(xù)流電感續(xù)流，一般是CCM模式，功率因數(shù)一般不高，而且輸入輸出和變比占空比成比例。反激是初級(jí)工作，次級(jí)不工作，兩邊獨(dú)立開來(lái)，一般DCM模式下，但是變壓器的電感會(huì)比較小，而且需要加氣隙，所以通常適合中小功率情況。

正激變壓器是理想的，不儲(chǔ)能，但是由于勵(lì)磁電感是有限值，勵(lì)磁電流使得磁芯會(huì)大，為避免磁通飽和，變壓需要輔助繞組進(jìn)行磁通復(fù)位。反激變壓器工作形式可以看做耦合電感，電感先儲(chǔ)能再放能，由于反激變壓器的輸入、輸出電壓極性相反，故當(dāng)開關(guān)管斷開之后，次級(jí)可以提供磁芯一個(gè)復(fù)位電壓，因而反激變壓器不需額外增加磁通復(fù)位繞組。