什么是開關電源

開關(guan)電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)是利用(yong)現(xian)代電(dian)(dian)(dian)(dian)力電(dian)(dian)(dian)(dian)子技(ji)術(shu)，控(kong)制開關(guan)管開通(tong)和(he)關(guan)斷(duan)的(de)時間比率(lv)，維持(chi)穩定輸出電(dian)(dian)(dian)(dian)壓的(de)一(yi)種(zhong)電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)，開關(guan)電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)一(yi)般由脈沖寬(kuan)度調制（PWM）控(kong)制IC和(he)MOSFET構成。隨著電(dian)(dian)(dian)(dian)力電(dian)(dian)(dian)(dian)子技(ji)術(shu)的(de)發展和(he)創新，使得開關(guan)電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)技(ji)術(shu)也在(zai)不(bu)斷(duan)地創新。目前，開關(guan)電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)以小型(xing)、輕量和(he)高效率(lv)的(de)特點被廣泛應用(yong)幾乎所有的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)子設(she)備，是當今電(dian)(dian)(dian)(dian)子信息產業飛速發展不(bu)可(ke)缺少的(de)一(yi)種(zhong)電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)方式(shi)。

開關電源用途

開關電源(yuan)產(chan)品(pin)廣泛應用于工業自動化控制(zhi)、軍工設(she)備(bei)(bei)、科研設(she)備(bei)(bei)、LED照明、工控設(she)備(bei)(bei)、通訊設(she)備(bei)(bei)、電力(li)設(she)備(bei)(bei)、儀(yi)器(qi)儀(yi)表、醫療設(she)備(bei)(bei)、半導體制(zhi)冷制(zhi)熱、空氣凈化器(qi)，電子冰箱(xiang)，液晶顯(xian)示器(qi)，LED燈(deng)具，通訊設(she)備(bei)(bei)，視(shi)聽(ting)產(chan)品(pin)，安防監控，LED燈(deng)袋，電腦機箱(xiang)，數(shu)碼產(chan)品(pin)和儀(yi)器(qi)類等領域。

開關電源種類

開關電源可分為AC/DC和(he)(he)DC/DC兩大類，DC/DC變(bian)換器(qi)現(xian)已實現(xian)模(mo)塊化(hua)(hua)，且設計(ji)技術及生產工(gong)藝在國(guo)內外均已成熟和(he)(he)標準化(hua)(hua)；AC/DC的模(mo)塊化(hua)(hua)，因其自身的特(te)性使得(de)在模(mo)塊化(hua)(hua)的進程(cheng)中，遇到較為復雜的技術和(he)(he)工(gong)藝制(zhi)造(zao)問題。

（1）DC/DC變換

DC/DC變(bian)換(huan)是將(jiang)固定的直流電(dian)壓變(bian)換(huan)成(cheng)可變(bian)的直流電(dian)壓，也稱為直流斬(zhan)波。斬(zhan)波器的工(gong)作方式(shi)(shi)有(you)兩(liang)種，一是脈(mo)寬調制方式(shi)(shi)Ts不(bu)變(bian)，改變(bian)ton（通用），二是頻(pin)率調制方式(shi)(shi)，ton不(bu)變(bian)，改變(bian)Ts（易(yi)產生干擾）。其具體的電(dian)路由以(yi)下(xia)幾類(lei)：

A、Buck電(dian)(dian)路——降壓斬波器，其(qi)輸(shu)出平均電(dian)(dian)壓U0小于輸(shu)入電(dian)(dian)壓Ui，極性相同。

B、Boost電(dian)路(lu)——升壓(ya)(ya)斬波(bo)器，其輸出平(ping)均電(dian)壓(ya)(ya)U0大(da)于輸入電(dian)壓(ya)(ya)Ui，極性相(xiang)同。

C、Buck-Boost電路——降壓或升壓斬波(bo)器，其輸出平均電壓U0大于(yu)或小于(yu)輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。

D、Cuk電路——降壓或(huo)升壓斬波器(qi)，其輸出(chu)平(ping)均(jun)電壓U0大于或(huo)小于輸入(ru)電壓Ui，極性相反，電容傳輸。

（2）AC/DC變換

AC/DC變換是將交流(liu)變換為直流(liu)，其(qi)功率流(liu)向可以(yi)是雙向的，功率流(liu)由電(dian)源(yuan)流(liu)向負載的稱為“整流(liu)”，功率流(liu)由負載返回電(dian)源(yuan)的稱為“有源(yuan)逆(ni)變”。

AC/DC變(bian)換按(an)電(dian)路的接線方式可分為(wei)(wei)，半(ban)波電(dian)路、全(quan)波電(dian)路。按(an)電(dian)源相數可分為(wei)(wei)，單相、三(san)相、多相。按(an)電(dian)路工作象限又可分為(wei)(wei)一象限、二象限、三(san)象限、四象限。

開關電源的組成

開關電(dian)源大致由主電(dian)路(lu)、控制電(dian)路(lu)、檢測(ce)電(dian)路(lu)、輔助(zhu)電(dian)源四大部份組成(cheng)（如圖）。

（1）主電路

沖(chong)擊(ji)電流限幅：限制接通電源(yuan)瞬(shun)間輸入(ru)側的(de)沖(chong)擊(ji)電流。

輸入濾波(bo)(bo)器：其作用(yong)是過濾電(dian)網存在的雜波(bo)(bo)及阻礙本機產生的雜波(bo)(bo)反(fan)饋回(hui)電(dian)網。

整(zheng)流與濾波：將電網交流電源直(zhi)接整(zheng)流為較平滑的直(zhi)流電。

逆變：將整(zheng)流后(hou)的直流電(dian)變為高頻交(jiao)流電(dian)，這(zhe)是高頻開(kai)關電(dian)源的核心(xin)部(bu)分。

輸出(chu)整流與(yu)濾(lv)波：根據負載需要，提供穩定可靠的直流電源(yuan)。

（2）控制電路

一(yi)方面從輸(shu)出端取樣，與設定值進行比(bi)較，然后去(qu)控制(zhi)(zhi)逆變(bian)器(qi)，改變(bian)其(qi)脈(mo)寬或脈(mo)頻，使輸(shu)出穩(wen)定，另一(yi)方面，根據測試(shi)電(dian)路(lu)提(ti)供的數據，經保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)鑒別(bie)，提(ti)供控制(zhi)(zhi)電(dian)路(lu)對電(dian)源進行各種保(bao)護(hu)措施。

（3）檢測電路

提供保護電路中正在運(yun)行(xing)中各(ge)種參數和各(ge)種儀表數據(ju)。

（4）輔助電源

實現電源的軟件（遠程）啟動，為保護電路和控制電路（PWM等芯片）工作供電。【詳細】

開關電源工作原理

開(kai)關(guan)電(dian)(dian)源就是采(cai)用功率半導體器件(jian)作為開(kai)關(guan)元件(jian)，通(tong)過周期性通(tong)斷開(kai)關(guan)，控制開(kai)關(guan)元件(jian)的(de)(de)占空比來調整輸出電(dian)(dian)壓。開(kai)關(guan)元件(jian)以一定的(de)(de)時間間隔(ge)重復地接通(tong)和(he)斷開(kai)，在開(kai) 關(guan)無(wu)件(jian)接通(tong)時輸入電(dian)(dian)源Vi通(tong)過開(kai)關(guan)S和(he)濾波電(dian)(dian)路(lu)向負(fu)載RL提供能(neng)(neng)量(liang)，當開(kai)關(guan)S斷開(kai)時，電(dian)(dian)路(lu)中(zhong)的(de)(de)儲能(neng)(neng)裝置（L1、C2、二極管D組(zu)成的(de)(de)電(dian)(dian)路(lu)）向負(fu)載RL釋放 在開(kai)關(guan)接通(tong)時所儲存的(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)，使負(fu)載得(de)到連(lian)續而穩定的(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)。

VO=TON/T*Vi；

VO 為(wei)(wei)負載兩(liang)端的電壓平(ping)均值；TON 為(wei)(wei)開關(guan)每次(ci)接(jie)通(tong)的時間；T 為(wei)(wei)開關(guan)通(tong)斷的工作周(zhou)期；

由式可(ke)知，改(gai)變開關接通時間(jian)和(he)工(gong)作周(zhou)期(qi)的(de)比例，VO間(jian)電(dian)壓(ya)平均值也隨(sui)之改(gai)變，因(yin)此(ci)，隨(sui)著(zhu)負載及輸入電(dian)源電(dian)壓(ya)的(de)變化自動調整TON和(he)T的(de)比例便使輸出電(dian)壓(ya)VO 維持(chi)不變。改(gai)變接通時間(jian)TON和(he)工(gong)作周(zhou)期(qi)比例亦(yi)即改(gai)變脈沖的(de)占空(kong)比，這種方法稱為(wei)“時間(jian)比率控(kong)制”（TimeRationControl，縮(suo)寫為(wei) TRC）。

按TRC控制原(yuan)理，有三種方(fang)式：

（1）脈沖寬度調制（PulseWithModulation，縮(suo)寫為(wei)PWM）：開關周期恒定，通過改(gai)變脈沖寬度來改(gai)變占空(kong)比的方(fang)式。

（2）脈沖頻率調制（PulseFrequencyModulation，縮寫為PFM）：導(dao)通脈沖寬度恒定，通過改(gai)變開關工作頻率來(lai)改(gai)變占空比的方式(shi)。

（3）混合調制：導通脈沖寬度和開關工作頻率均不固定，彼此都能改變的方式，它是以上二種方式的混合。【詳細】

1、選用(yong)(yong)合適的輸入(ru)電壓(ya)范圍。以交(jiao)流輸入(ru)為例，常用(yong)(yong)的輸入(ru)電壓(ya)規格有(you)110V，220V，所以相(xiang)應(ying)就有(you)了110V、220V交(jiao)流切(qie)換，以及通用(yong)(yong)輸入(ru)電壓(ya)（AC：85V-264V）三(san)種規格。應(ying)根據使(shi)用(yong)(yong)地區選定輸入(ru)電壓(ya)規格。

2、選擇合適的(de)功(gong)(gong)率。開關電源在工作時會消耗一部分功(gong)(gong)率，并以熱量的(de)形式(shi)釋放出(chu)(chu)來(lai)。為了使(shi)電源的(de)壽命增長，建(jian)議選用多30%輸出(chu)(chu)功(gong)(gong)率額定的(de)機種。

3、考慮負(fu)載(zai)特性(xing)。為了提高系(xi)統的(de)可靠性(xing)，建(jian)議開關電源工作在50%-80%負(fu)載(zai)為佳，即假設所(suo)用功(gong)率為20W，應選(xuan)用輸出功(gong)率為25W-40W的(de)開關電源。

4、如(ru)果負載(zai)是馬(ma)達、燈泡或電(dian)容性負載(zai)，當開機(ji)瞬(shun)間時(shi)電(dian)流較大，應選用合適電(dian)源以免過載(zai)。如(ru)果負載(zai)是馬(ma)達時(shi)應考慮停機(ji)時(shi)電(dian)壓(ya)倒灌。

5、此(ci)外(wai)尚需(xu)(xu)考慮電(dian)源的工作環境溫度，及有無(wu)額外(wai)的輔助散熱設備，在過高a的環溫電(dian)源需(xu)(xu)減(jian)額輸出。需(xu)(xu)參考環溫對輸出功率的減(jian)額曲線。

6、根(gen)據應(ying)用所需選擇各項功能：

保(bao)護(hu)功能：過(guo)(guo)電壓保(bao)護(hu)（OVP）、過(guo)(guo)溫(wen)度保(bao)護(hu)（OTP）、過(guo)(guo)負載保(bao)護(hu)（OLP）等。

應(ying)用功(gong)(gong)能：信號功(gong)(gong)能（供電正常(chang)、供電失(shi)效）、遙控功(gong)(gong)能、遙測(ce)功(gong)(gong)能、并聯功(gong)(gong)能等。

特(te)殊(shu)功能(neng)：功因矯正（PFC）、不斷電（UPS）

7、選擇所需符合的安規及電磁兼容（EMC）認證。

根據使用情況(kuang)，定(ding)出需要的(de)(de)輸(shu)出電(dian)壓、電(dian)流；電(dian)源(yuan)的(de)(de)尺寸、安(an)裝方式(shi)和安(an)裝孔位；有幾(ji)路(lu)輸(shu)出，各(ge)路(lu)輸(shu)出是否(fou)需要電(dian)氣(qi)隔離；輸(shu)入(ru)電(dian)壓范圍；根據環境溫度，決定(ding)開關電(dian)源(yuan)的(de)(de)降額(e)程度，電(dian)源(yuan)功(gong)率；是否(fou)需要認證(zheng)及安(an)規標(biao)準(zhun)；電(dian)源(yuan)的(de)(de)冷卻方式(shi)：自然冷卻或強制(zhi)風冷；電(dian)磁兼容標(biao)準(zhun)。

8、盡量選用廠家的標(biao)準電源，包括標(biao)準尺寸和(he)輸出電壓(ya)。這樣(yang)貨(huo)期(qi)比較(jiao)快；相反，特殊的尺寸和(he)輸出電壓(ya)，則會延長貨(huo)期(qi)、增(zeng)加成本(ben)。

9、選擇品牌。開關電源作為電子設備的心臟，對電子設備的安全可靠運行有著至關重要的作用。所以選擇品牌的開關電源也很重要。【詳細】

1、使用電源前(qian)，先確定輸(shu)入輸(shu)出(chu)電壓規格(ge)與(yu)所用電源的標稱值是否相符。

2、通(tong)電之前(qian)，檢查(cha)輸(shu)入輸(shu)出的引線是否連接(jie)正確，以免(mian)損(sun)壞(huai)用(yong)戶設(she)備。

3、檢查安裝(zhuang)是(shi)否牢固，安裝(zhuang)螺(luo)絲與電源板器件有無接觸(chu)，測量外(wai)殼與輸(shu)入(ru)、輸(shu)出的絕緣電阻，以免(mian)觸(chu)電。

4、為保證使用的(de)安(an)全性和減少干擾，請確保接(jie)地端可靠接(jie)地。

5、多路輸(shu)(shu)出的電源(yuan)一(yi)般(ban)分主、輔(fu)輸(shu)(shu)出，主輸(shu)(shu)出特(te)性優于輔(fu)輸(shu)(shu)出，一(yi)般(ban)情況下輸(shu)(shu)出電流大的為主輸(shu)(shu)出。為保證輸(shu)(shu)出負載調整(zheng)率和輸(shu)(shu)出動態(tai)等(deng)指標，一(yi)般(ban)要求每路至(zhi)少帶10%的負載。若(ruo)用(yong)輔(fu)路不用(yong)主路，主路一(yi)定加適當的假負載。具體參見相應型(xing)號的規格書。

6、請注意：電源頻繁開關將會影響其壽命。工作環境及帶載程度也會影響其壽命。【詳細】

1、斷電情況下，“看、聞、問、量”

看：打開電源(yuan)的外殼，檢查保險絲是否熔斷(duan)，再(zai)觀察電源(yuan)的內部情況，如果發現電源(yuan)的PCB板上(shang)有燒(shao)焦(jiao)處(chu)或元(yuan)(yuan)件破裂，則應重點檢查此(ci)處(chu)元(yuan)(yuan)件及相關(guan)電路元(yuan)(yuan)件。

聞：聞一下電源內部是否(fou)(fou)有(you)糊味(wei)，檢查(cha)是否(fou)(fou)有(you)燒焦的元器(qi)件(jian)。

問(wen)：問(wen)一(yi)下電(dian)(dian)源損壞的經過，是否(fou)對電(dian)(dian)源進行(xing)違(wei)規操作。

量：沒(mei)通電(dian)前，用萬用表(biao)(biao)量一下高(gao)壓電(dian)容兩端(duan)的(de)(de)電(dian)壓先。如果是開關(guan)電(dian)源(yuan)不起(qi)振或開關(guan)管開路引起(qi)的(de)(de)故障，則大多數情(qing)況(kuang)下，高(gao)壓濾波電(dian)容兩端(duan)的(de)(de)電(dian)壓未泄放(fang)悼，用萬用表(biao)(biao)測量AC電(dian)源(yuan)線兩端(duan)的(de)(de)正(zheng)反向電(dian)阻(zu)及電(dian)容器(qi)(qi)充(chong)電(dian)情(qing)況(kuang)，電(dian)阻(zu)值(zhi)(zhi)不應過低，否則電(dian)源(yuan)內部可(ke)能存在短路。電(dian)容器(qi)(qi)應能充(chong)放(fang)電(dian)。脫(tuo)開負(fu)載，分(fen)別測量各組(zu)輸出端(duan)的(de)(de)對(dui)地電(dian)阻(zu)，正(zheng)常時，表(biao)(biao)針應有(you)電(dian)容器(qi)(qi)充(chong)放(fang)電(dian)擺動，最后指示(shi)的(de)(de)應為該(gai)路的(de)(de)泄放(fang)電(dian)阻(zu)的(de)(de)阻(zu)值(zhi)(zhi)。

2、加電檢測

通電后(hou)觀察電源(yuan)是否有燒保險(xian)及(ji)個別(bie)元件冒煙等現象(xiang)，若有要(yao)及(ji)時切斷(duan)供電進行檢(jian)修。

測量高壓濾波電(dian)容(rong)兩端有無(wu)300伏輸出，若無(wu)應重點(dian)查整流(liu)二極管、濾波電(dian)容(rong)等。

測量高(gao)頻變壓器次級線圈有(you)無(wu)(wu)輸出(chu)，若(ruo)無(wu)(wu)應重(zhong)點(dian)查開關管(guan)是否損(sun)壞(huai)，是否起振，保護電(dian)路是否動作(zuo)等(deng)，若(ruo)有(you)則應重(zhong)點(dian)檢查各輸出(chu)側的整流二極管(guan)、濾波電(dian)容(rong)、三通穩壓管(guan)等(deng)。

如果電(dian)源(yuan)啟(qi)動(dong)一下(xia)就停止，則該電(dian)源(yuan)處(chu)(chu)于保(bao)(bao)護(hu)狀(zhuang)(zhuang)態下(xia)，可直接(jie)測量PWM芯(xin)片(pian)保(bao)(bao)護(hu)輸入腳的(de)電(dian)壓(ya)，如果電(dian)壓(ya)超出規定值，則說明電(dian)源(yuan)處(chu)(chu)于保(bao)(bao)護(hu)狀(zhuang)(zhuang)態下(xia)，應重點(dian)檢查(cha)產生保(bao)(bao)護(hu)的(de)原因。

【開關電源常見故障維修→】

1、開關電(dian)(dian)(dian)源(yuan)是(shi)直(zhi)流電(dian)(dian)(dian)轉變(bian)為高頻(pin)脈(mo)沖電(dian)(dian)(dian)流，將電(dian)(dian)(dian)能儲(chu)存到電(dian)(dian)(dian)感、電(dian)(dian)(dian)容元(yuan)件(jian)(jian)(jian)中，利(li)用電(dian)(dian)(dian)感、電(dian)(dian)(dian)容的特(te)性(xing)(xing)將電(dian)(dian)(dian)能按預定的要求釋放(fang)出(chu)(chu)來來改(gai)變(bian)輸(shu)出(chu)(chu)電(dian)(dian)(dian)壓或電(dian)(dian)(dian)流的；線(xian)性(xing)(xing)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)沒有高頻(pin)脈(mo)沖和(he)儲(chu)存元(yuan)件(jian)(jian)(jian)，它利(li)用元(yuan)器件(jian)(jian)(jian)線(xian)性(xing)(xing)特(te)性(xing)(xing)在負載變(bian)化時瞬間反饋(kui)控(kong)制輸(shu)入達到穩定電(dian)(dian)(dian)壓和(he)電(dian)(dian)(dian)流的。

2、開關電(dian)源可(ke)以降壓(ya)，也(ye)可(ke)以升壓(ya)；線性電(dian)源只能(neng)降壓(ya)。

3、開(kai)關(guan)電源(yuan)效率高；線(xian)性電源(yuan)效率低。

4、線性電源控制速度快(kuai)，波紋小；開關(guan)電源波紋大。