什么是開關電源

開(kai)關電(dian)源(yuan)是(shi)利用現代電(dian)力(li)電(dian)子技(ji)術(shu)，控制(zhi)開(kai)關管開(kai)通和關斷(duan)的(de)時間比率，維持穩定輸出電(dian)壓的(de)一(yi)種電(dian)源(yuan)，開(kai)關電(dian)源(yuan)一(yi)般(ban)由脈沖(chong)寬度調(diao)制(zhi)（PWM）控制(zhi)IC和MOSFET構成(cheng)。隨著電(dian)力(li)電(dian)子技(ji)術(shu)的(de)發展和創新，使得開(kai)關電(dian)源(yuan)技(ji)術(shu)也在不斷(duan)地(di)創新。目前(qian)，開(kai)關電(dian)源(yuan)以小型、輕量(liang)和高效率的(de)特點被廣泛應(ying)用幾乎所有的(de)電(dian)子設備，是(shi)當今電(dian)子信息產業飛(fei)速(su)發展不可缺少的(de)一(yi)種電(dian)源(yuan)方式。

開關電源用途

開關(guan)電(dian)源產品廣泛應用于工業自動(dong)化(hua)控制、軍工設(she)(she)(she)備、科研設(she)(she)(she)備、LED照明、工控設(she)(she)(she)備、通(tong)訊設(she)(she)(she)備、電(dian)力(li)設(she)(she)(she)備、儀器儀表、醫(yi)療設(she)(she)(she)備、半導體制冷制熱、空氣凈(jing)化(hua)器，電(dian)子冰箱(xiang)，液晶顯示(shi)器，LED燈(deng)具，通(tong)訊設(she)(she)(she)備，視聽產品，安防監控，LED燈(deng)袋，電(dian)腦機箱(xiang)，數碼產品和儀器類等領(ling)域。

開關電源種類

開關電源(yuan)可分(fen)為AC/DC和DC/DC兩大類(lei)，DC/DC變換器現(xian)已實現(xian)模塊化，且設(she)計技術及生(sheng)產工藝在國內外均已成熟和標準化；AC/DC的(de)(de)模塊化，因其(qi)自(zi)身的(de)(de)特(te)性使得在模塊化的(de)(de)進程(cheng)中，遇到(dao)較為復雜的(de)(de)技術和工藝制造(zao)問題。

（1）DC/DC變換

DC/DC變(bian)換是(shi)將固定的(de)直(zhi)流(liu)電壓(ya)變(bian)換成(cheng)可(ke)變(bian)的(de)直(zhi)流(liu)電壓(ya)，也稱為直(zhi)流(liu)斬波。斬波器(qi)的(de)工作方(fang)式有兩種(zhong)，一是(shi)脈寬調制(zhi)方(fang)式Ts不(bu)變(bian)，改變(bian)ton（通用），二是(shi)頻率(lv)調制(zhi)方(fang)式，ton不(bu)變(bian)，改變(bian)Ts（易產生干擾）。其具體的(de)電路由以下幾類(lei)：

A、Buck電(dian)路——降壓斬波器，其輸(shu)出平均電(dian)壓U0小于輸(shu)入電(dian)壓Ui，極(ji)性(xing)相同。

B、Boost電(dian)路(lu)——升壓斬波器，其(qi)輸出平均電(dian)壓U0大于輸入(ru)電(dian)壓Ui，極性(xing)相(xiang)同。

C、Buck-Boost電路(lu)——降壓(ya)(ya)或(huo)升壓(ya)(ya)斬波器，其輸(shu)出平均電壓(ya)(ya)U0大于或(huo)小于輸(shu)入電壓(ya)(ya)Ui，極性相反，電感傳(chuan)輸(shu)。

D、Cuk電(dian)路——降壓(ya)或(huo)升(sheng)壓(ya)斬波器(qi)，其輸(shu)出平均電(dian)壓(ya)U0大(da)于或(huo)小(xiao)于輸(shu)入電(dian)壓(ya)Ui，極性(xing)相反，電(dian)容傳輸(shu)。

（2）AC/DC變換

AC/DC變(bian)換是將交(jiao)流(liu)(liu)變(bian)換為(wei)直(zhi)流(liu)(liu)，其功率(lv)流(liu)(liu)向(xiang)可以是雙向(xiang)的，功率(lv)流(liu)(liu)由電源(yuan)流(liu)(liu)向(xiang)負載的稱為(wei)“整流(liu)(liu)”，功率(lv)流(liu)(liu)由負載返回電源(yuan)的稱為(wei)“有源(yuan)逆(ni)變(bian)”。

AC/DC變換(huan)按電(dian)路(lu)的接(jie)線方式可分為(wei)，半波(bo)電(dian)路(lu)、全波(bo)電(dian)路(lu)。按電(dian)源(yuan)相(xiang)(xiang)數可分為(wei)，單相(xiang)(xiang)、三相(xiang)(xiang)、多相(xiang)(xiang)。按電(dian)路(lu)工作象(xiang)限又可分為(wei)一(yi)象(xiang)限、二象(xiang)限、三象(xiang)限、四象(xiang)限。

開關電源的組成

開關(guan)電(dian)源大(da)致由主電(dian)路(lu)、控制電(dian)路(lu)、檢測電(dian)路(lu)、輔(fu)助電(dian)源四大(da)部份組成（如圖）。

（1）主電路

沖擊(ji)電(dian)流限(xian)幅：限(xian)制接(jie)通電(dian)源(yuan)瞬(shun)間輸(shu)入側的沖擊(ji)電(dian)流。

輸入濾(lv)波(bo)(bo)器：其(qi)作用是過濾(lv)電網(wang)存在的雜波(bo)(bo)及阻礙本機(ji)產生的雜波(bo)(bo)反饋回電網(wang)。

整(zheng)流與濾波(bo)：將電網交流電源直接(jie)整(zheng)流為較平滑的(de)直流電。

逆變(bian)：將整(zheng)流后的直(zhi)流電變(bian)為高頻交流電，這(zhe)是高頻開(kai)關電源的核心部分。

輸出整流(liu)與濾波：根(gen)據負載(zai)需(xu)要，提(ti)供穩定可靠的直流(liu)電(dian)源。

（2）控制電路

一方面(mian)從輸出(chu)端(duan)取(qu)樣，與設(she)定值進行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或(huo)脈頻，使(shi)輸出(chu)穩定，另一方面(mian)，根據測(ce)試(shi)電(dian)路提供的數(shu)據，經(jing)保護電(dian)路鑒別，提供控制電(dian)路對電(dian)源(yuan)進行各種保護措施(shi)。

（3）檢測電路

提供保護電路中正在運行(xing)中各(ge)種(zhong)參數和(he)各(ge)種(zhong)儀表數據。

（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)(guan)電源就是采用功率半導(dao)體器(qi)件作為開(kai)關(guan)(guan)元件，通(tong)(tong)(tong)過(guo)周(zhou)期性通(tong)(tong)(tong)斷(duan)開(kai)關(guan)(guan)，控(kong)制開(kai)關(guan)(guan)元件的(de)(de)占(zhan)空(kong)比(bi)來調整輸出電壓。開(kai)關(guan)(guan)元件以一定(ding)的(de)(de)時間(jian)間(jian)隔重復(fu)地接通(tong)(tong)(tong)和斷(duan)開(kai)，在開(kai) 關(guan)(guan)無件接通(tong)(tong)(tong)時輸入電源Vi通(tong)(tong)(tong)過(guo)開(kai)關(guan)(guan)S和濾(lv)波電路向負載RL提(ti)供能量，當開(kai)關(guan)(guan)S斷(duan)開(kai)時，電路中(zhong)的(de)(de)儲能裝置（L1、C2、二極管(guan)D組成(cheng)的(de)(de)電路）向負載RL釋放 在開(kai)關(guan)(guan)接通(tong)(tong)(tong)時所(suo)儲存的(de)(de)能量，使負載得到連續而(er)穩(wen)定(ding)的(de)(de)能量。

VO=TON/T*Vi；

VO 為(wei)負載兩(liang)端的電壓平均值；TON 為(wei)開關每次接(jie)通的時間；T 為(wei)開關通斷(duan)的工作周(zhou)期；

由式(shi)可(ke)知，改變(bian)開關接通時間(jian)和工作周期(qi)的比(bi)例，VO間(jian)電(dian)壓(ya)平均值也隨(sui)之改變(bian)，因此(ci)，隨(sui)著負載及輸(shu)入(ru)電(dian)源電(dian)壓(ya)的變(bian)化自(zi)動調整(zheng)TON和T的比(bi)例便使輸(shu)出電(dian)壓(ya)VO 維持不變(bian)。改變(bian)接通時間(jian)TON和工作周期(qi)比(bi)例亦即改變(bian)脈(mo)沖的占(zhan)空比(bi)，這種方法稱為“時間(jian)比(bi)率控制”（TimeRationControl，縮(suo)寫(xie)為 TRC）。

按TRC控制原理，有三(san)種方式：

（1）脈沖寬度調制（PulseWithModulation，縮寫為PWM）：開關(guan)周期恒定，通過改變脈沖寬度(du)來改變占(zhan)空比的方式。

（2）脈沖頻率調制（PulseFrequencyModulation，縮寫為PFM）：導(dao)通脈沖(chong)寬度恒定(ding)，通過改變開(kai)關工作頻率(lv)來改變占空比的(de)方式。

（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、選用合(he)適的(de)輸(shu)(shu)(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)(ya)范圍。以交流輸(shu)(shu)(shu)入(ru)為例，常用的(de)輸(shu)(shu)(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)(ya)規格有110V，220V，所(suo)以相應就有了110V、220V交流切換，以及通(tong)用輸(shu)(shu)(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)(ya)（AC：85V-264V）三種規格。應根據使(shi)用地區(qu)選定輸(shu)(shu)(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)(ya)規格。

2、選(xuan)擇合適的(de)功率(lv)。開關電源(yuan)在工作(zuo)時會(hui)消耗一部分(fen)功率(lv)，并以熱量的(de)形式釋放(fang)出來。為了使(shi)電源(yuan)的(de)壽命增長，建議選(xuan)用多30%輸(shu)出功率(lv)額定(ding)的(de)機種。

3、考慮負載特性(xing)。為了(le)提(ti)高系統(tong)的可靠性(xing)，建(jian)議開(kai)關(guan)電(dian)源工作在50%-80%負載為佳(jia)，即假設(she)所(suo)用(yong)功(gong)率為20W，應選用(yong)輸(shu)出功(gong)率為25W-40W的開(kai)關(guan)電(dian)源。

4、如果負(fu)(fu)載(zai)是馬(ma)達(da)、燈泡或(huo)電容(rong)性(xing)負(fu)(fu)載(zai)，當開機瞬間時電流較大，應選用合適(shi)電源(yuan)以免(mian)過載(zai)。如果負(fu)(fu)載(zai)是馬(ma)達(da)時應考慮(lv)停機時電壓倒(dao)灌。

5、此(ci)外(wai)尚需考慮電(dian)源的工作環(huan)境(jing)溫(wen)(wen)度，及有無額外(wai)的輔助散熱(re)設備，在過高a的環(huan)溫(wen)(wen)電(dian)源需減額輸出。需參考環(huan)溫(wen)(wen)對輸出功(gong)率的減額曲(qu)線。

6、根據應用所需選擇各項功能：

保護(hu)功能：過電壓保護(hu)（OVP）、過溫度保護(hu)（OTP）、過負載(zai)保護(hu)（OLP）等(deng)。

應用功(gong)能(neng)：信號功(gong)能(neng)（供(gong)電正常(chang)、供(gong)電失效）、遙控功(gong)能(neng)、遙測功(gong)能(neng)、并聯功(gong)能(neng)等。

特殊功能：功因矯正（PFC）、不斷(duan)電（UPS）

7、選擇所需符(fu)合的安規及電磁兼容(rong)（EMC）認(ren)證。

根(gen)據使用(yong)情況(kuang)，定(ding)出(chu)需(xu)(xu)要(yao)的輸出(chu)電(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)流；電(dian)(dian)源的尺寸、安(an)裝方式和安(an)裝孔(kong)位；有幾(ji)路輸出(chu)，各路輸出(chu)是(shi)否需(xu)(xu)要(yao)電(dian)(dian)氣隔(ge)離；輸入(ru)電(dian)(dian)壓范(fan)圍；根(gen)據環境溫度(du)，決定(ding)開關(guan)電(dian)(dian)源的降額程度(du)，電(dian)(dian)源功(gong)率；是(shi)否需(xu)(xu)要(yao)認證及(ji)安(an)規標準(zhun)；電(dian)(dian)源的冷卻(que)方式：自然冷卻(que)或強制風冷；電(dian)(dian)磁(ci)兼容標準(zhun)。

8、盡量選用(yong)廠家的標(biao)(biao)準(zhun)電(dian)源，包括(kuo)標(biao)(biao)準(zhun)尺寸和輸出電(dian)壓。這(zhe)樣貨期比較快(kuai)；相反，特(te)殊的尺寸和輸出電(dian)壓，則會(hui)延(yan)長貨期、增加成本。

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(shi)用電源前，先確定輸入輸出(chu)電壓規格與所用電源的(de)標稱值是否相符(fu)。

2、通(tong)電(dian)之前，檢(jian)查輸入輸出的引線(xian)是否連接正確，以免損壞(huai)用(yong)戶設備(bei)。

3、檢(jian)查安裝(zhuang)是否牢(lao)固，安裝(zhuang)螺絲與(yu)電(dian)源板(ban)器件有無接觸，測量外殼與(yu)輸(shu)(shu)入、輸(shu)(shu)出(chu)的(de)絕緣電(dian)阻，以免觸電(dian)。

4、為(wei)保證使用(yong)的(de)安(an)全性(xing)和減少(shao)干擾，請確保接(jie)地端可靠(kao)接(jie)地。

5、多路(lu)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)的(de)電源(yuan)一般(ban)分(fen)主(zhu)、輔(fu)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)，主(zhu)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)特性優于輔(fu)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)，一般(ban)情況下輸(shu)(shu)出(chu)(chu)電流大(da)的(de)為主(zhu)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)。為保證輸(shu)(shu)出(chu)(chu)負(fu)(fu)載調整(zheng)率和輸(shu)(shu)出(chu)(chu)動(dong)態等指標，一般(ban)要求(qiu)每(mei)路(lu)至少帶10%的(de)負(fu)(fu)載。若用(yong)輔(fu)路(lu)不用(yong)主(zhu)路(lu)，主(zhu)路(lu)一定(ding)加適當的(de)假負(fu)(fu)載。具體參見相應型號的(de)規格(ge)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(da)開電(dian)源(yuan)的外(wai)殼，檢查保(bao)險絲是否熔斷，再觀察電(dian)源(yuan)的內部情況，如果發現電(dian)源(yuan)的PCB板上有燒(shao)焦處或元(yuan)件破裂，則應重點檢查此(ci)處元(yuan)件及相關電(dian)路元(yuan)件。

聞：聞一(yi)下電源(yuan)內部是(shi)否(fou)有糊味，檢(jian)查是(shi)否(fou)有燒(shao)焦的元(yuan)器(qi)件。

問：問一下電源(yuan)損壞的經過，是否對電源(yuan)進行違規操(cao)作(zuo)。

量(liang)：沒通電(dian)前，用(yong)(yong)萬用(yong)(yong)表(biao)量(liang)一下高壓電(dian)容兩(liang)(liang)端(duan)的(de)電(dian)壓先。如果是(shi)開(kai)關電(dian)源不(bu)起振或開(kai)關管(guan)開(kai)路引起的(de)故障(zhang)，則(ze)大多數情況下，高壓濾波電(dian)容兩(liang)(liang)端(duan)的(de)電(dian)壓未泄(xie)放(fang)(fang)悼，用(yong)(yong)萬用(yong)(yong)表(biao)測量(liang)AC電(dian)源線兩(liang)(liang)端(duan)的(de)正(zheng)反(fan)向電(dian)阻及電(dian)容器(qi)(qi)充(chong)電(dian)情況，電(dian)阻值不(bu)應(ying)(ying)過(guo)低，否則(ze)電(dian)源內部(bu)可(ke)能(neng)存(cun)在短路。電(dian)容器(qi)(qi)應(ying)(ying)能(neng)充(chong)放(fang)(fang)電(dian)。脫開(kai)負載，分別(bie)測量(liang)各(ge)組輸出端(duan)的(de)對地電(dian)阻，正(zheng)常(chang)時，表(biao)針(zhen)應(ying)(ying)有(you)電(dian)容器(qi)(qi)充(chong)放(fang)(fang)電(dian)擺動，最后指示的(de)應(ying)(ying)為該路的(de)泄(xie)放(fang)(fang)電(dian)阻的(de)阻值。

2、加電檢測

通電(dian)后觀察電(dian)源(yuan)是(shi)否有(you)燒保(bao)險及個別元件冒煙等現(xian)象(xiang)，若有(you)要及時切斷供電(dian)進(jin)行檢修。

測量高壓濾(lv)波電容兩端有無300伏輸出，若無應重點查(cha)整流二極管、濾(lv)波電容等(deng)。

測(ce)量(liang)高頻變壓器(qi)次級線圈有(you)無(wu)輸出，若無(wu)應重點查開關管是(shi)否損壞，是(shi)否起振，保護電路是(shi)否動作等(deng)(deng)，若有(you)則(ze)應重點檢查各(ge)輸出側的整流二極(ji)管、濾(lv)波電容、三通穩(wen)壓管等(deng)(deng)。

如(ru)果電(dian)源啟(qi)動一(yi)下(xia)就停(ting)止(zhi)，則該電(dian)源處(chu)于(yu)保(bao)護(hu)狀態下(xia)，可(ke)直接測量PWM芯片保(bao)護(hu)輸入腳的電(dian)壓，如(ru)果電(dian)壓超出規(gui)定值，則說明電(dian)源處(chu)于(yu)保(bao)護(hu)狀態下(xia)，應(ying)重點檢查產生保(bao)護(hu)的原因(yin)。

【開關電源常見故障維修→】

1、開關電(dian)(dian)(dian)(dian)源是直流電(dian)(dian)(dian)(dian)轉變為高(gao)(gao)頻脈沖電(dian)(dian)(dian)(dian)流，將電(dian)(dian)(dian)(dian)能儲存到電(dian)(dian)(dian)(dian)感、電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)元(yuan)件中，利(li)用電(dian)(dian)(dian)(dian)感、電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)的(de)(de)特性將電(dian)(dian)(dian)(dian)能按預定的(de)(de)要(yao)求(qiu)釋放出來來改(gai)變輸出電(dian)(dian)(dian)(dian)壓或電(dian)(dian)(dian)(dian)流的(de)(de)；線性電(dian)(dian)(dian)(dian)源沒有(you)高(gao)(gao)頻脈沖和儲存元(yuan)件，它利(li)用元(yuan)器(qi)件線性特性在負載變化(hua)時(shi)瞬間反饋(kui)控制輸入達(da)到穩定電(dian)(dian)(dian)(dian)壓和電(dian)(dian)(dian)(dian)流的(de)(de)。

2、開關電(dian)源可以(yi)降壓，也可以(yi)升壓；線性電(dian)源只(zhi)能降壓。

3、開關電(dian)源(yuan)效率(lv)高；線(xian)性(xing)電(dian)源(yuan)效率(lv)低。

4、線性電(dian)源(yuan)控制速度快，波紋小；開(kai)關電(dian)源(yuan)波紋大。