開關電源工作原理

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(tài)，在這兩種狀態(tài)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?。?功率器件上的伏安乘積就是功率半導體器件上所產(chǎn)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(xiàn)的。開關電源伯特圖脈沖的占空比由開關電源的控制器來調(diào)節(jié)。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。2、控制電路一方面從輸出端取樣，與設定值進行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或脈頻，使輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護電路鑒別，提供控制電路對電源進行各種保護措施。通過增加變壓器的二次繞組數(shù)就可以增加輸出的電壓值。后這些交流波形經(jīng)過整流濾波后就得到直流輸出電壓。控制器的主要目的是保持輸出電壓穩(wěn)定，其工作過程與線性形式的控制器很類似。也就是說控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器，可以設計成與線性調(diào)節(jié)器相同。他們的不同之處在于，誤差放大器的輸出（誤差電壓）在驅(qū)動功率管之前要經(jīng)過一個電壓/脈沖寬度轉換單元。開關電源有兩種主要的工作方式：正激式變換和升壓式變換。盡管它們各部分的布置差別很小，但是工作過程相差很大，在特定的應用場合下各有優(yōu)點。

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開關電源的便捷

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我們知道，轉換效率更高的電源，在輸出同樣功率的同時消耗更少的電量，在同樣的使用環(huán)境下可以減少電費。他們的不同之處在于，誤差放大器的輸出（誤差電壓）在驅(qū)動功率管之前要經(jīng)過一個電壓/脈沖寬度轉換單元。比如，同樣是額定輸出功率500W的電源，在轉換效率為80%時消耗的功率為625W，而轉換效率為60%時則需要消耗833W的電能，可以省電超過200W，轉換效率越高，節(jié)能效果也就越明顯。另外，更高的轉換率意味著會有更少的熱量損耗，也就是說電源的發(fā)熱量更小，對散熱的要求降低了，風扇無需保持高轉速就可以滿足供電的需求，電源就可以更加靜音地運行，開關電源定制批發(fā)，同時電源包括風扇等使用壽命也更長。

開關電源的電子器件

開關電源中應用的電力電子器件主要為二極管、IGBT和MOSFET、變壓器。SCR在開關電源輸入整流電路及軟啟動電路中有少量應用，GTR驅(qū)動困難，開關頻率低，逐漸被IGBT和MOSFET。開關電源在輸入抗干擾性能上，由于其自身電路結構的特點（多級串聯(lián)），一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過，在輸出電壓穩(wěn)定度這一技術指標上與線性電源相比具有較大的優(yōu)勢，其輸出電壓穩(wěn)定度可達0。開關電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。開關電源由于開關電源輕、小、薄的關鍵技術是高頻化，因此國外各大開關電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs)下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項關鍵技術。SMT技術的應用使得開關電源取得了長足的進展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關電源的輕、小、薄。開關電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的PWM開關技術進行創(chuàng)新，實現(xiàn)ZVS、ZCS的軟開關技術已成為開關電源的主流技術，可調(diào)開關電源，并大幅提高了開關電源的工作效率。對于高可靠性指標，美國的開關電源生產(chǎn)商通過降低運行電流，降低結溫等措施以減少器件的應力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。

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開關電源PCB制作的方法

開關電源布置的方法與它的電氣設計類似。設計流程如下：

1．放置變壓器或電感。

2．布置功率開關管電流環(huán)路。

3．布置輸出整流器電流環(huán)路。

4．把控制電路與交流功率電路連接。

5．布置輸入環(huán)路和輸入濾波器。

6．布置輸出負載環(huán)路和輸出濾波器。