开关电源原理的基本特征

开关电源与线形电源相比，其优点是小型轻量、效率高。开关电源的这种优点适应电子设备的轻、薄、短、小与节能等的要求，其应用范围迅速扩大。

表1示出了开关电源与线性电源性能的比较。开关电源的优点不仅是小型轻量，而且容易对应较宽的输入电压范围，通过改变变压器的抽头与电路元器件常数来设计的开关电源，也可以在输入电压不同的国家中使用。

表1开关电源与线性电源性能的比较

项目线性电源开关电源

另外，电信机房中很多通信设备的电源经常采用直流电源，移动或可搬运型设备的电源采用干电池与蓄电池等直流电源，对于这些电源中的直流一直流（DC－DC）变换器，开关电源是其不可缺少的部分。

开关电源的缺点是开关晶体管、整流二极管、变压器与扼流圈等产生噪声，这些噪声影响了其他电子设备的正常工作。然而，通过电路方式的改进、滤波与屏蔽措施的采用，开关电源的这种缺点有可能被克服。

理论上，开关电源的稳定性有可能与线性电源相同，但纹波与噪声影响了开关电源的稳定性，为了提高其稳定性，有必要采取措施消除这些影响。然而，对于一般的使用方法其稳定性不会有问题。

开关电源的元器件较多，因此，可靠性也比线性电源低。然而，对于通常设计的开关电源，电解电容器的寿命极大地影响了它的可靠性，温度越高，电解电容器的寿命越短。因此，对于同样尺寸的开关电源，效率高的开关电源其温升较低，可以提高可靠性。但由于开关电源的元器件更小而使其过于小型化，为了平衡内部损耗其温升会较高，有可能制作一个可靠性低的开关稳压电源，因此，要注意这一点。尤其是最近，不仅是开关元器件等性能得到改善，而且开关频率也在高频化，这样，较容易实现开关电源的小型化。然而，降低损耗比小型化的困难要多，因此，在进行最佳散热设计的同时，选择在高温下可靠性也不会降低的元器件非常重要。

开关电源的固定元器件中寿命非常短的电解电容器，最近其寿命也有所延长；由于高频化的原因，滤波电容器的容量也有可能减小，于是可以选用叠层陶瓷电容器。这样，有可能制作出不用电解电容器的高可靠性的开关稳压电源。另外，对于交流输入的开关电源，因电压与容量关系，难以除掉电解电容器的输入滤波部分，通过采用以全渡整流的脉动电流工作的升压型开关电源，可以除掉电解电容器的同时，还可以改善输人功率因数。

线性电源有串联与并联方式，但多数采用串联方式，因此，本文所介绍的线性电源指的是串联线性稳压电源。图1示出了串联线性电源与开关电源的原理图。图1（a）是串联线性稳压电源的原理图，由于串联晶体管（Tr）将无用功率以热量的形式散发掉，因此，效率低，还需要较大的散热器，而且产生的损耗还随输入电压与输出电压值的不同发生较大变化。另外还需要接入如图1所示的工频变压器，这样，就提高电源的质量并增大了其尺寸，同时，也降低了电源的效率。

图1（b）是开关电源的原理图，开关晶体管（Tr）为开关工作方式。因此，功率损耗小；变压器也采用高频变压器，可实现小型化；同时绕组匝数也可大幅度地减少，相应降低了铜损，这样，可以设计出制作损耗较低的稳压电源。另外，开关电源是通过开关元件的通一断比来控制输出电压，因此，损耗受输入、输出电压的影响较小，且电源的效率也不会降低。

在图1（b）所示的开关电源的典型构成中，电路中开关晶体管Tr由脉宽调制电路的电压进行驱动，将直流电压变为交流，脉冲电压加到高频变压器上。该脉冲电压经变压器变压，再经过二次电路的整流器与平滑电路变换为直流电压，作为开关稳压电源的输出电压。这时，平滑电路将变压器正向期间时的二次电压平均化，通过这种作用得到输出电压，该电压与1个周期内电压积分的平均值成比例，因此，可以得到与脉冲宽度成比例的输出电压。

反馈放大器A将输出电压与基准电压进行比较，其输出加到光耦合器中的光电二极管上。反馈放大器A的输出通过光耦合器（PC）的隔离被脉宽调制电路所接收，输出电压高时，脉宽调制电路的脉宽变窄；反之，脉宽变宽。这样，由被控制的脉宽驱动开关晶体管（Tr），再将与该脉宽成比例的脉冲加到高频变压器上，控制输出电压使其保持稳定。

声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。