開關電源工作原理和電路圖

一、開關式穩壓電源的基本工作原理
開關式穩壓電源接操縱方式分為調寬式和調頻式兩種，在實際的采納中，調寬式采納得較多，在目前開發和采納的開關電源集成電路中，絕大多數也為脈寬調制型。所以下面就關鍵介紹調寬式開關穩壓電源。
調寬式開關穩壓電源的基本原理。
對于單極性矩形脈沖來說，其直流均值電壓Uo取決于矩形脈沖的寬度，脈沖越寬，其直流均值電壓值就越高。直流均值電壓U?？捎晒接嬎?，
即Uo=Um×T1/T
式中Um為矩形脈沖大電壓值;T為矩形脈沖周期;T1為矩形脈沖寬度。
從上式可以看出，當Um和T不變時，直流均值電壓Uo將和脈沖寬度T1成正比。這樣，只要我們設法使脈沖寬度隨穩壓電源輸出電壓的增高而變窄，就可以達到穩定電壓的目的。

二、開關式穩壓電源的基本原理電路
1、基本電路
開關電源基本電路框圖
開關式穩壓電源的基本電路框圖。
交流電壓經整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有肯定脈動成份的直流電壓，該電壓進人高頻變換器被轉換成所需電壓值的方波，后再將這個方波電壓經整流濾波變為所需要的直流電壓。
操縱電路為一脈沖寬度調制器，它關鍵由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調制及基準電壓等電路構成。這部分電路目前已集成化，制成了各種開關電源用集成電路。操縱電路用來調整高頻開關元件的開關時間比例，以達到穩定輸出電壓的目的。
2.單端反激式開關電源
單端反激式開關電源的典型電路所示。電路中所謂的單端是指高頻變換器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側。所謂的反激，是指當開關管VT1導通時，高頻變壓器T初級繞組的感應電壓為上正下負，整流二極管VD1處于截止狀態，在初級繞組中儲存能量。當開關管VT1截止時，變壓器T初級繞組中存儲的能量，通過次級繞組及VD1整流和電容C濾波后向負載輸出。
單端反激式開關電源是一種成本低的電源電路，輸出功率為20-100W，可以同時輸出不同的電壓，且有比較好的電壓調整率。唯一的缺點是輸出的紋波電壓較大，外特性差，適用于相對固定的負載。
單端反激式開關電源采納的開關管VT1承受的大反向電壓是電路工作電壓值的兩倍，工作頻率在20-200kHz之間。

3.單端正激式開關電源
單端正激式開關電源的典型電路。這種電路在形式上和單端反激式電路相似，但工作情形不同。當開關管VT1導通時，VD2也導通，這時電網向負載傳送能量，濾波電感L儲存能量;當開關管VT1截止時，電感L根據續流二極管VD3繼續向負載釋放能量。
在電路中還設有鉗位線圈和二極管VD2，它可以將開關管VT1的高電壓限制在兩倍電源電壓之間。為滿足磁芯復位條件，即磁通建站和復位時間應相等，故此電路中脈沖的占空比不可以大于50%。由于這種電路在開關管VT1導通時，根據變壓器向負載傳送能量，故此輸出功率范圍大，可輸出50-200W的功率。電路使用的變壓器結構復雜，體積也較大，正因為這個原因，這種電路的實際應用較少。

4.自激式開關穩壓電源
自激式開關穩壓電源的典型電路。這是一種利用間歇振蕩電路組成的開關電源，也是目前廣泛使用的基本電源之一。
當接入電源后在R1給開關管VT1提供啟動電流，使VT1開始導通，其集電極電流Ic在L1中線性增長，在L2中感應出使VT1基極為正，發射極為負的正反饋電壓，使VT1很快飽和。和此同時，感應電壓給C1充電，隨著C1充電電壓的增高，VT1基極電位逐漸變低，致使VT1退出飽和區，Ic開始減小，在L2中感應出使VT1基極為負、發射極為正的電壓，使VT1迅速截止，這時二極管VD1導通，高頻變壓器T初級繞組中的儲能釋放給負載。在VT1截止時，L2中沒有感應電壓，直流供電輸人電壓又經R1給C1反向充電，逐漸提高VT1基極電位，使其重新導通，再次翻轉達到飽和狀態，電路就這樣重復振蕩下去。這里就像單端反激式開關電源那樣，由變壓器T的次級繞組向負載輸出所需要的電壓。
自激式開關電源中的開關管起著開關及振蕩的雙重作從，也省去了操縱電路。電路中由于負載位于變壓器的次級且工作在反激狀態，具有輸人和輸出相互隔離的優點。這種電路不僅適用于大功率電源，亦適用于小功率電源。

5.推挽式開關電源

推挽式開關電源的典型電路所示。它屬于雙端式變換電路，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側。電路使用兩個開關管VT1和VT2，兩個開關管在外激勵方波信號的調節下交替的導通和截止，在變壓器T次級統組得到方波電壓，經整流濾波變為所需用的直流電壓。

這類電路的優點是兩個開關管易于驅動，首要缺點是開關管的耐壓要達到兩倍電路峰值電壓。電路的輸出功率較大，通常在100-500W范圍內。

6.降壓式開關電源

降壓式開關電源的典型電路所示。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，保持輸出直流電壓一致。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。

這類電路使用元件少，它同下面介紹的其它兩類電路一樣，只需要運用電感、電容和二極管就可以實現。

7.升壓式開關電源

升壓式開關電源的穩壓電路。當開關管VT1導通時，電感L儲存能量。當開關管VT1截止時，電感L感應出左負右正的電壓，該電壓疊加在輸人電壓上，經二極管VD1向負載供電，使輸出電壓大于輸人電壓，形成升壓式開關電源。

8.反轉式開關電源

反轉式開關電源的典型電路。這類電路又稱為升降壓式開關電源。無論開關管VT1之前的脈動直流電壓高于或低于輸出端的穩定電壓，電路均能正常工作。

當開關管VT1導通時，電感L儲存能量，二極管VD1截止，負載RL靠電容C上次的充電電荷供電。當開關管VT1截止時，電感L中的電流繼續流通，并感應出上負下正的電壓，經二極管VD1向負載供電，并且給電容C充電。

以上介紹了脈沖寬度調制式開關穩壓電源的基本工作原理和各種電路類型，在實際運用中，會有各種各樣的實際操縱電路，但無論怎樣，也都是在這些基礎上進展出來的。