开关电源的工作原理及电路图详解图片（开关电源的工作原理及电路图详解）

通过对大量开关电源案例的分析，介绍了单端正激式开关电源、自激式开关电源、推挽式开关电源、降压式开关电源、升压式开关电源和反向开关电源。

随着全球对能源问题的重视，电子产品的能耗将会越来越突出。如何降低待机功耗，提高供电效率，已经成为一个亟待解决的问题。传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠，但存在效率低(只有40%-50%)、体积大、铜铁消耗量大、工作温度高、调节范围小等缺点。为了提高效率，人们研制了开关电源，其效率超过85%，稳压范围宽。此外，它还具有稳压精度高的特点，不需要使用电源变压器，是一种理想的电源。正因为如此，开关电源已经广泛应用于各种电子设备中。阐述了各种开关电源的工作原理。

一、开关型稳压电源的基本工作原理

开关电源连接控制模式分为两种：宽度调制模式和频率调制模式。在实际应用中，广泛采用的是脉宽调制方式，目前开发和使用的开关电源集成电路大多也是脉宽调制方式。因此，下面将主要介绍宽度调制开关电源。

大宽度开关稳压电源的基本原理见下图。

对于单极矩形脉冲，其DC平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度。脉冲越宽，DC平均电压值越高。平均DC电压可以通过公式计算，

即Uo=UmT1/T

其中Um为矩形脉冲的最大电压值；t是矩形脉冲周期；T1是矩形脉冲宽度。

从上式可以看出，当Um和T恒定时，平均DC电压Uo将与脉冲宽度T1成正比。这样，只要随着稳压电源输出电压的增加，尽量缩小脉宽，就可以达到稳压的目的。

二、开关稳压电源原理电路

1、基本电路

图2开关电源基本电路框图

开关稳压电源的基本电路框图如图2所示。

交流电压经整流电路和滤波电路整流滤波后，成为具有一定脉动成分的DC电压。这个电压在高频转换器中被转换成具有所需电压值的方波，最后方波电压被整流和滤波成所需的DC电压。

控制电路为脉宽调制器，主要由采样器、比较器、振荡器、脉宽调制和参考电压组成。目前这部分电路已经集成到各种开关电源的集成电路中。控制电路用于调节高频开关元件的开关时间比，以达到稳定输出电压的目的。

2.单端反激式开关电源

单端反激式开关电源的典型电路如图3所示。所谓单端电路，就是高频变换器的磁芯只工作在磁滞回线的一侧。所谓反激，就是当开关管VT1导通时，高频变压器T的初级绕组感应电压上正下负，整流二极管VD1处于关断状态，将能量储存在初级绕组中。当开关管VT1关断时，存储在变压器T的初级绕组中的能量被次级绕组和VD1整流，被电容C滤波，然后输出到负载。

单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路。其输出功率为20-100W，可同时输出不同电压，具有良好的电压调整率。唯一的缺点是输出纹波电压大，外特性差，适合相对固定的负载。

用于单端反激开关的开关管VT1的最大反向电压

电路中还设置了箝位线圈和二极管VD2，可以将开关管VT1的最大电压限制在电源电压的两倍。为了满足磁芯的复位条件，即磁通建立和复位时间应相等，所以电路中脉冲的占空比不应大于50%。由于该电路在开关管VT1导通时通过变压器向负载传递能量，因此输出功率范围大，可输出50-200W的功率。电路中使用的变压器结构复杂，体积大。正因如此，这种电路的实际应用较少。

4.自激开关电源

自激式开关电源的典型电路如图5所示。这种开关电源由间歇振荡电路组成，也是目前广泛使用的基本电源之一。

接通电源，启动电流供给R1的开关管VT1，使VT1开始导通，其集电极电流Ic在L1线性增加，在L2感应出正反馈电压，使VT1的基极为正，发射极为负，使VT1很快饱和。同时，感应电压给C1充电。随着C1充电电压的升高，VT1的基极电位逐渐降低，导致VT1退出饱和区，Ic开始降低。在L2中感应出使VT1基极为负、发射极为正的电压，使VT1迅速关断。此时，二极管VD1导通，存储在高频变压器T的初级绕组中的能量释放给负载。VT1关断时，L2没有感应电压，DC电源的输入电压通过R1反向给C1充电，逐渐增加VT1的基极电位，使其再次导通，再翻转达到饱和状态，如此反复振荡电路。这里就像单端反激式开关电源一样，变压器T的次级绕组输出所需的电压给负载。

自励开关电源中的开关管起着开关和振荡的双重作用，也省去了控制电路。由于电路中的负载位于变压器的次级，工作在反激状态，所以具有输入和输出相互隔离的优点。该电路不仅适用于大功率电源，也适用于小功率电源。

5.推挽式开关电源

推挽式开关电源的典型电路如图6所示。属于双端转换电路，高频变压器的磁芯工作在磁滞回线的两侧。该电路采用两个开关管VT1和VT2，在外部激励方波信号的控制下交替导通和关断，在变压器T的二次系统中得到方波电压，经整流滤波转换成所需的DC电压。

这种电路的优点是两个开关容易驱动，但主要缺点是开关的耐压要达到电路峰值电压的两倍。电路输出功率大，一般在100-500W范围内。

6.降压开关电源

降压开关电源的典型电路如图7所示。当开关管VT1导通时，二极管VD1关断，输入整流电压通过VT1和L对C充电。该电流增加了电感L中的能量存储。当开关管VT1关断时，电感L感应出左负电压和右正电压，存储在电感L中的能量通过负载r L和续流二极管VD1释放，以保持输出DC电压不变。电路的输出DC电压由施加到VT1基极的脉冲宽度决定。

该电路使用的元件很少。与下面描述的其他两个电路一样，它只能通过使用电感、电容和二极管来实现。

7.升压开关电源

升压开关电源的稳压电路如图8所示。当开关管VT1导通时，电感L储存能量。当开关管VT1关断时，电感L感应出一个左负电压和一个右正电压，叠加在输入电压上，通过二极管VD1给负载供电，使输出电压大于输入电压，从而形成升压开关电源。

8.反向开关电源

反向开关电源的典型电路如图9所示。这种电路也被称为降压-升压开关电源

以上介绍了脉宽调制开关电源的基本工作原理和各种电路类型。在实际应用中，会有各种各样的实际控制电路，但无论如何，都是在这些基础上发展起来的。