開關電源工作原理目前常見的電源在主要有兩種電源類型：線性電源（linear）和開關電源（switching）o一、線性電源線性電源主要包括工頻變壓器、輸出整流濾波器、控制電路、保護電路等。工作過程：先將220V市電通過變壓器轉為低壓交流電，比如說12V,然后再通過一系列的二極管或整流橋堆進行整流,將低壓AC交流電轉化為脈動電壓（配圖1和2中的“3”）；再通過電容對脈動電壓進行濾波，經過濾波后的低壓交流電轉換成DC直流電（配圖1和2中的“4”）；此時得到的低壓直流電依然不夠純凈，會有一定的波動（這種電壓波動就是我們常說的紋波），要想得到高精度的穩定的直流電壓，還需要穩壓二極管或者電壓反饋電路調整輸出電壓。最后，我們就可以得到純凈的低壓DC直流電輸出了。線性電源的優點：紋波小，調整率好，對外干擾小。適合用于模擬電路，各類放大器等低功耗設備。線性電源的缺點：體積大，笨重，效率低、發熱量也大。需要龐大而笨重的變壓器，所需的濾波電容的體積和重量也相當大，線性電源的調整管工作在放大狀態，因而發熱量大，效率低（35%左右），需要加體積龐大的散熱片，而且還需要同樣也是大體積的工頻變壓器，當要制作多組電壓輸出時變壓器會更龐大。對于高功耗設備而言，線性電源將會力不從心。如取樣電壓低于5腳基準電壓，比較器7腳輸出高電平去控制主控制器使其關斷，電源無輸出。二、開關電源開關電源是采用功率半導體器件作為開關元件，通過周期性通斷開關,控制開關元件的占空比來調整輸出電壓。開關電源的工作原理，簡單的說是將交流電先整流成直流電，再將直流逆變成交流電，再整流輸出成所需要的直流電壓。①交流電源經整流濾波成直流；②通過高頻PWM（脈沖寬度調制）信號控制開關管進行高速的導通與截止，將直流電轉化為高頻率的交流電提供給開關變壓器進行變壓；③開關變壓器次級感應出高頻交流電壓,經整流濾波變成直流電供給負載；④輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路，控制PWM占空比，以達到穩定輸出的目的。開關電源的主要優點：體積小、重量輕（體積和重量只有線性電源的20?30%）、效率高（一般為60?70%,而線性電源只有30?40%）、自身抗干擾性強、輸出電壓范圍寬、模塊化。開關電源的主要缺點：由于逆變電路中會產生高頻電壓，對周圍設備有一定的干擾。需要良好的屏蔽及接地。1、電路組成開關電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（EMI）、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。開關電源的電路組成方框圖如下：2、開關電源各功能電路詳解(1)、AC輸入整流濾波電路防雷電路：當有雷擊，產生高壓經電網導入電源時，由M()V1、MOV2、M0V3：Fl、F2、F3、FDG1組成的電路進行保護。當加在壓敏電阻兩端的電壓超過其工作電壓時，其阻值降低，使高壓能量消耗在壓敏電阻上，若電流過大，Fl、F2、F3會燒毀保護后級電路。輸入電磁干擾濾波電路(EMI)：消除來自電網，如電動機的啟動、電器的開關、雷擊等產生的干擾，同時也防止開關電源產生的高頻噪聲向電網擴散。CKLKC2、C3組成的雙兀型濾波網絡主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產生的高頻雜波對電網干擾。當電源開啟瞬間，要對C5充電，由于瞬間電流大，加RT1(熱敏電阻)就能有效的防止浪涌電流。因瞬時能量全消耗在RT1電阻上，一定時間后溫度升高后RT1阻值減小(RT1是負溫系數元件)，這時它消耗的能量非常小，后級電路可正常工作。整流濾波電路：將電網輸入電壓進行整流濾波，為變換器提供直流電壓。交流電壓經BRG1整流后，經C5濾波后得到較為純凈的直流電壓。若C5容量變小，輸出的交流紋波將增大。(2)、功率因數校正電路PFC(powerfactorcorrection)PFC,意思是功率因數校正，作用是對輸入電流波形進行控制，使其同步輸入電壓波形。功率因數，指的是有效功率與總耗電量之間的關系，基本上功率因數可以衡量電力被使用的程度，功率因數值越大，代表其電力利用率越高。開關電源是一種電容輸入型電路，其電流和電壓之間的相位差會造成交換功率的損失，而PFC電路就是為了提高功率因數，提高交流電轉直流電的效率。PFC電路分為兩種，一種是被動式(無源)PFC,另一種是主動式PFC(有源)電路。工作原理：輸入電壓經LI、L2、L3等組成的EMI濾波器，BRG1整流一路送PFC電感，另一路經RI、R2分壓后送入PFC控制器作為輸入電壓的取樣，用以調整控制信號的占空比，即改變Q1的導通和關斷時間，穩定PFC輸出電壓。L4是PFC電感，它在Q1導通時儲存能量，在Q1關斷時施放能量。D1是啟動二極管。D2是PFC整流二極管，C6、C7濾波。PFC電壓一路送后級電路，另一路經R3、R4分壓后送入PFC控制器作為PFC輸出電壓的取樣，用以調整控制信號的占空比，穩定PFC輸出電壓。(3)、DC輸入濾波電路輸入濾波電路：Cl、LI、C2組成的雙兀型濾波網絡主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產生的高頻雜波對電網干擾。C3、C4為安規電容，L2、L3為差模電感。RI、R2、R3、Zl、C6、QI、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7組成抗浪涌電路。在起機的瞬間，由于C6的存在Q2不導通，電流經RT1構成回路。當C6上的電壓充至Z1的穩壓值時Q2導通。如果C8漏電或后級電路短路現象，在起機的瞬間電流在RT1上產生的壓降增大，Q1導通使Q2沒有柵極電壓不導通，RT1將會在很短的時間燒毀，以保護后級電路。(4)、功率變換電路是開關電源的關鍵部分。它把直流電壓變換成高頻交流電壓，并且起到將輸出部分與輸入電網隔離的作用。工作原理：R4、C3、R5、R6、C4、DI、D2組成緩沖器,和開關MOS管并接,使開關管電壓應力減少，EMI減少，不發生二次擊穿。在開關管Q1關斷時，變壓器的原邊線圈易產生尖峰電壓和尖峰電流，這些元件組合一起，能很好地吸收尖峰電壓和電流。從R3測得的電流峰值信號參與當前工作周波的占空比控制，因此是當前工作周波的電流限制。當R5上的電壓達到IV時，UC3842停止工作，開關管Q1立即關斷。R1和Q1中的結電容CGS、CGD一起組成RC網絡，電容的充放電直接影響著開關管的開關速度。R1過小，易引起振蕩，電磁干擾也會很大；R1過大，會降低開關管的開關速度。Z1通常將MOS管的GS電壓限制在18V以下，從而保護了MOS管。Q1的柵極受控電壓為鋸形波，當其占空比越大時，Q1導通時間越長,變壓器所儲存的能量也就越多；當Q1截止時，變壓器通過DI、D2、R5、R4、C3釋放能量，同時也達到了磁場復位的目的，為變壓器的下一次存儲、傳遞能量做好了準備。TC根據輸出電壓和電流時刻調整著⑥腳鋸形波占空比的大小，從而穩定了整機的輸出電流和電壓。C4和R6為尖峰電壓吸收回路。4、推挽式功率變換電路：Q1和Q2將輪流導通。推挽式功率變換電路：Q1和Q2將輪流導通。有驅動變壓器的功率變換電路：T2為驅動變壓器，T1為開關變壓器,TR1為電流環。(5)、輸出整流濾波電路①、正激式整流電路T1為開關變壓器，其初極和次極的相位同相。D1為整流二極管，D2為續流二極管，RI、Cl、R2、C2為削尖峰電路。L1為續流電感，C4、L2、C5組成n型濾波器。②、反激式整流電路：T1為開關變壓器，其初極和次極的相位相反。D1為整流二極管，R1、C1為削尖峰電路。L1為續流電感，R2為假負載，C4、L2、C5組成兀型濾波器。工作原理：當變壓器次級上端為正時，電流經C2、R5、R6、R7使Q2導通，電路構成回路，Q2為整流管。Q1柵極由于處于反偏而截止。當變壓器次級下端為正時，電流經C3、R4、R2使Q1導通，Q1為續流管。Q2柵極由于處于反偏而截止。L2為續流電感，C6、LI、C7組成b型濾波器。RKCl、R9、C4為削尖峰電路。(6)、PMW控制電路(穩壓環路、取樣)PWM控制電路是根據電源的輸出負載情況來控制電源的開關管的閉合的。檢測輸出直流電壓，并將其與基準電壓比較，進行放大。調制振蕩器的脈沖寬度，從而控制變換器以保持輸出電壓的穩定。工作原理：當輸出U0升高，經取樣電阻R7、R8、RIO、VR1分壓后,U1③腳電壓升高，當其超過U1②腳基準電壓后U1①腳輸出高電平，使Q1導通，光耦0T1發光二極管發光，光電三極管導通，UC3842①腳電位相應變低，從而改變U1⑥腳輸出占空比減小，U0降低。當輸出U0降低時，U1③腳電壓降低，當其低過U1②腳基準電壓后U1①腳輸出低電平，Q1不導通，光耦0T1發光二極管不發光，光電三極管不導通，UC3842①腳電位升高，從而改變U1⑥腳輸出占空比增大，U0降低。周而復始，從而使輸出電壓保持穩定。調節VR1可改變輸出電壓值。反饋環路是影響開關電源穩定性的重要電路。如反饋電阻電容錯、漏、虛焊等，會產生自激振蕩，故障現象為：波形異常，空、滿載振蕩，輸出電壓不穩定等。(7)、短路保護電路在輸出端短路的情況下，PWM控制電路能夠把輸出電流限制在一個安全范圍內。當輸出電路短路，輸出電壓消失，光耦0T1不導通，UC3842①腳電壓上升至5V左右，R1與R2的分壓超過TL431基準，使之導通，UC3842⑦腳VCC電位被拉低，IC停止工作。UC3842停止工作后①腳電位消失，TL431不導通UC3842⑦腳電位上升，UC3842重新啟動，周而復始。當短路現象消失后，電路可以自動恢復成正常工作狀態。當輸出短路，UC3842①腳電壓上升,U1③腳電位高于②腳時，比較器翻轉①腳輸出高電位，給C1充電，當C1兩端電壓超過⑤腳基準電壓時U1⑦腳輸出低電位，UC3842①腳低于IV,UCC3842停止工作，輸出電壓為0V,周而復始，當短路消失后電路正常工作。R2、C1是充放電時間常數，阻值不對時短路保護不起作用。當輸出電路短路或過流，變壓器原邊電流增大，R3兩端電壓降增大,③腳電壓升高，UC3842⑥腳輸出占空比逐漸增大，③腳電壓超過IV時，UC3842關閉無輸出。下圖是用電流互感器取樣電流的保護電路，有著功耗小，但成本高和電路較為復雜，其工作原理簡述如下：輸出電路短路或電流過大,TR1次級線圈感應的電壓就越高，當UC3842③腳超過1伏，UC3842停止工作，周而復始，當短路或過載消失，電路自行恢復。上圖是常見的輸出端限流保護電路，其工作原理簡述如上圖：當輸出電流過大時，RS(錦銅絲)兩端電壓上升，U1③腳電壓高于②腳基準電壓，U1①腳輸出高電壓，Q1導通，光耦發生光電效應，UC3842①腳電壓降低,輸出電壓降低，從而達到輸出過載限流的目的。(9)、輸出過壓保護電路的原理輸出過壓保護電路的作用是：當輸出電壓超過設計值時，把輸出電壓限定在一安全值的范圍內。當開關電源內部穩壓環路出現故障或者由于用戶操作不當引起輸出過壓現象時，過壓保護電路進行保護以防止損壞后級用電設備。應用最為普遍的過壓保護電路有如下幾種：①可控硅觸發保護電路：當Uol輸出升高，穩壓管(Z3)擊穿導通，可控硅(SCR1)的控制端得到觸發電壓，因此可控硅導通。Uo2電壓對地短路，過流保護電路或短路保護電路就會工作，停止整個電源電路的工作。當輸出過壓現象排除，可控硅的控制端觸發電壓通過R對地泄放，可控硅恢復斷開狀態。②光電耦合保護電路:當Uo有過壓現象時，穩壓管擊穿導通，經光耦（0T2）R6到地產生電流流過，光電耦合器的發光二極管發光，從而使光電耦合器的光敏三極管導通。Q1基極得電導通，3842的③腳電降低，使IC關閉，停止整個電源的工作，U。為零，周而復始，。③輸出限壓保護電路輸出限壓保護電路如下圖，當輸出電壓升高，穩壓管導通光耦導通，Q1基極有驅動電壓而道通，UC3842③電壓升高，輸出降低，穩壓管不導通，UC3842③電壓降低，輸出電壓升高。周而復始，輸出電壓將穩定在一范圍內（取決于穩壓管的穩壓值）。④輸出過壓鎖死電路圖A的工作原理是，當輸出電壓U。升高，穩壓管導通，光耦導通，Q2基極得電導通，由于Q2的導通Q1基極電壓降低也導通，Vcc電壓經R1、QI、R2使Q2始終導