开关电源电路原理图分析

### 开关电源电路原理图分析 #### 一、开关式稳压电源的基本工作原理 开关式稳压电源根据控制方式的不同可分为调宽式和调频式两大类，其中调宽式更为常见。本文将着重讨论调宽式开关稳压电源的工作原理。 在调宽式开关稳压电源中，其基本原理可以通过控制脉冲宽度来调节输出电压的平均值。具体而言，当一个单极性的矩形脉冲通过时，输出电压的平均值取决于该脉冲的宽度。脉冲越宽，输出电压的平均值越高；反之则越低。直流平均电压\( U_o \)可通过以下公式计算： \[ U_o = U_m \times \frac{T_1}{T} \] 其中，\( U_m \)为矩形脉冲的最大电压值；\( T \)为矩形脉冲的周期；\( T_1 \)为矩形脉冲的宽度。 由此可见，当\( U_m \)与\( T \)保持不变时，\( U_o \)将与脉冲宽度\( T_1 \)成正比。为了实现稳定的输出电压，可以通过改变脉冲宽度的方式使得当输出电压升高时，脉冲宽度相应减小，从而达到稳压的目的。 #### 二、开关式稳压电源的原理电路 ##### 1、基本开关电源电路 开关式稳压电源的核心电路可以简化为如下的基本框图（图二）： - **输入部分**：交流电压经过整流电路和滤波电路后，转变为含有脉动成分的直流电压。 - **高频变换器**：直流电压在此部分被转换为所需电压值的方波信号。 - **输出部分**：方波电压进一步经过整流滤波后，输出为稳定的直流电压。 - **控制电路**：主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制电路以及基准电压电路组成。这部分电路通常已经集成化，并制成专用的开关电源集成电路。 ##### 2、单端反激式开关电源电路 单端反激式开关电源电路示例如图三所示。这类电源的特点在于高频变压器的磁芯仅工作在其磁滞回线的一侧。当开关管\( VT_1 \)导通时，变压器初级绕组储存能量；当开关管截止时，该能量通过次级绕组及整流二极管向负载输出。 单端反激式开关电源的成本较低，输出功率范围约为20至100瓦特，可以同时输出不同的电压。尽管其输出纹波电压较大，但对于固定负载而言仍是一种经济实用的选择。 ##### 3、单端正激式开关电源电路 单端正激式开关电源的典型电路如图四所示。当开关管\( VT_1 \)导通时，电网向负载输送能量，滤波电感\( L \)储存能量；当\( VT_1 \)截止时，电感\( L \)通过续流二极管继续向负载释放能量。 该电路设计使得输出功率范围较广，可达50至200瓦特。然而，由于变压器结构复杂且体积较大，实际应用相对较少。 ##### 4、自激式开关稳压电源电路 自激式开关稳压电源的电路如图五所示。电路通过间歇振荡的方式工作。当电路启动后，电阻\( R_1 \)为开关管\( VT_1 \)提供初始电流，使其开始导通。随着电路的振荡，开关管反复在饱和与截止之间切换，从而实现能量的传输。 自激式开关电源中，开关管同时承担开关和振荡功能，省去了额外的控制电路。这类电源既适用于大功率场合，也适合于小功率应用。 ##### 5、推挽式开关电源电路 推挽式开关电源电路如图六所示，属于双端变换电路。该电路使用两个开关管，在外加方波信号的控制下交替导通与截止，从而在变压器次级绕组上获得方波电压，最终通过整流滤波输出所需的直流电压。 推挽式开关电源的主要优点在于开关管的驱动简单，但其耐压需达到两倍电路峰值电压。该电路输出功率较高，通常在100至500瓦特之间。 ### 总结 本文详细介绍了几种常见的开关式稳压电源电路及其工作原理。通过对这些电路的深入理解，不仅可以帮助工程师更好地设计和优化开关电源，还可以为实际应用提供更多的选择和技术支持。未来，随着技术的发展，开关电源的设计将会更加高效、可靠，应用场景也将更加广泛。