開關電源基本工作原理
開關K 以一定的頻率重複的接通或斷開。在開關K 接通時，輸入電源透過開關K 和濾波電路向負載提供能量；當開關K斷開時，輸入電源便中斷了能量的供給。開關電源的示意圖如圖2-1所示。
爲了使負載能夠得到連續的能量，開關電源就必須有一套儲能裝置，以便在開關K 接通時將一部分能量儲存起來，當開關K 斷開後再將儲存的能量提供給負載。圖2-1中的電感L、電容C和二級管D 組成的電路就具有這樣的功能。當開關K 接通時，電感L 用以儲存能量，開關K 斷開時，儲存在電感L中的能量透過二級管D 釋放給負載，從而使負載得到連續而又穩定的能量。
當電子開關K按一定的頻率開關時，導通時間越長，輸出電壓越高；導通時間越短，輸出電壓越低。通常，開關電源就是這樣在開關頻率一定的情況下，透過調整開關時間的長短。控制輸出電壓的高低。目前，也有的開關電源採用開關時間長短恆定，透過改變開關頻率來改變輸出電壓的高低。
圖2-1 開關電源示意圖
開關電源的形式有很多種，其中尤其以脈衝寬度調製型（PWM）最爲盛行，現在就以此種形式的開關電源介紹以下開關電源的工作原理。
採用PWM技術的開關電源原理機構如圖2-2所示，從電網將能量傳遞給負載的迴路稱爲主迴路，其餘稱爲控制迴路。
工頻電網交流電壓經過輸入整流濾波電路，得到高波紋未調直流電壓，在經功率轉換電路，變換成符合要求的矩形波脈動電壓，最後經過整流濾波電路將其平滑成連續的低波紋直流電壓。
圖2-2 PWM方式開關電源框圖
控制迴路在提供高壓開關T管基極驅動脈衝的同時，需要完成輸出電壓穩壓的控制，而且還必須能對電源或負載提供保護。它通常由檢測比較放大電路、電壓-脈衝寬度轉換電路（V/W電路）、時鐘震盪電路，以及自用電壓源等基本電路構成。
對於PWM方式而言，將頻率固定的震盪源稱爲時鐘震盪器，這種電源利用檢測電路反映輸出電壓值，透過和給定參考電壓比較併產生誤差信號，在經過V/W電路調製脈衝寬度——調節輸出電壓。例如，由於某種原因（負載電流減小或電網電壓上升）使高頻變壓器副邊輸出電壓的平均值增大，電源輸出電壓也將隨之提高，反饋檢測電路將提高了輸出電壓和基準電壓進行比較，併產生負積極性的誤差電壓，V/W電路根據該誤差電壓及時減小輸出脈寬，這樣使輸出電壓平均值減小，接近原來的數值，從而實現穩壓的作用。
開關電源的分類
在電子技術和應用飛速發展的今天, 對電子儀器和設備的要求是, 在性能上更加安全可靠, 在功能上不斷增加, 在使用上自動化程度要越來越高, 在體積上日趨小型化。這使採用具有衆多優點的開關電源就顯得更加重要。所以, 開關電源在計算機、通信、航天、彩電等方面都得到了越來越廣泛的應用, 發揮了巨大的作用, 這大大促進了開關電源的發展, 從事這方面研究和生產的人員也在不斷地增加, 開關電源的品種和類型也越來越多。常見的開關電源的分類方法有下列幾種:
1.按激勵方式劃分 分爲他激式和自激式。他激式開關電源電路中專設激勵信號振盪器；自激式開關功率管兼作振盪管。該形式的開關電源電路結構簡單, 元器件少, 可以做成低成本的開關電源。
2.按調製方式劃分 分爲脈寬調製型、頻率調整型和混合調整型。脈寬調製型保持振盪頻率保持不變, 透過調節脈衝寬度來改變輸出電壓的大小；頻率調整型保持佔空比保持不變(脈衝寬度保持不變) , 透過改變振盪頻率來改變輸出電壓大小；混合調整型是脈衝寬度和振盪頻率均可進行調節的開關電源。
3．按開關管電流的工作方式劃分 分開關型和諧振型。開關型用開關晶體管把直流變成高頻標準方波, 其電路形式類似於他激式；諧振型用開關晶體管與LC諧振迴路將直流變成標準正弦波, 其電路形式類似於自激式開關電源。
4．按開關晶體管的類型劃分 分爲晶體管型和可控硅型。晶體管型採用晶體管(包括場效應管)作爲開關功率管；可控硅型採用可控硅作爲開關功率管。這種電路的特點是直接輸入交流電壓, 不需要一次整流部分。
5．按儲能電感與負載的連接方式劃分 分串聯型和並聯型。串聯型儲能電感串聯在輸入與輸出電壓之間；並聯型儲能電感並聯在輸入與輸出電壓之間。
6．按晶體管的連接方法劃分 分爲單端式、推輓式、半橋式和全橋式。單端式僅使用一個晶體管作爲電路中的開關管。這種電路的特點是價格低、電路結構簡單, 但輸出功率不能提高；推輓式使用兩個功率開關管, 將其連接成推輓功率放大器的形式。這種電路的特點是可以工作在電源電壓較低的場合, 一般逆變器多采用這種形式的電路, 但它的缺點是開關變壓器的初級必須具有中心抽頭；半橋式使用兩個功率開關管, 將其連接成半橋形式。它的特點是適應於輸入電壓較高的場合；全橋式使用四個功率開關管,將其連接成全橋的形式。它的特點是輸出功率較大。
7．按電路結構劃分 分爲散件式和集成電路式。散件式整個開關電源電路都是採用分立式元器件組成的。這種電路的缺點是電路結構較爲複雜；集成電路式整個開關電源電路或電路的一部分是由集成電路組成的。這種集成電路通常被稱爲厚膜電路,有的厚膜集成電路中包括功率開關管, 有的.則不包括。這種形式的電源的特點是電路結構簡單、調試方便、可靠性高。這種電路被廣泛地應用於彩色電視中。
以上五花八門的開關電源品種都是站在不同的角度, 以開關電源不同的特點命名和劃分的。不論是激勵方法、輸出直流電壓的調節手段、儲能電感的連接方法、功率開關管的器件種類以及串並聯結構, 還是其他的電路形式,它們最後總可以歸結爲串聯型和並聯型開關電源這兩大類[4]。
開關電源優缺點
開關電源的優點
1．功耗小、效率高 開關電源結構原理方框圖中的晶體管在激勵信號的驅動下,其工作狀態處於導通—截止和截止—導通的開關狀態,轉換速度很快, 頻率一般爲50kHz左右。在一些技術先進的國家, 可以做到幾百或者上千kHz。晶體管V飽和導通時,雖然電流較大,但管壓降很小;截止斷開時, 雖然管壓降很大,但透過的電流幾乎爲零。這就使得開關晶體管V 在其整個工作過程中的功耗很小,電源的效率可以大幅度地提高。
2．體積小、重量輕 沒有了笨重的工頻降壓變壓器。由於調整管上的耗散功率大幅度地降低, 因而省去了體積和重量都較大的散熱片。由於這兩方面的原因, 故開關電源的體積小、重量輕。
3．穩壓範圍寬 開關電源的輸出電壓是透過激勵信號的佔空比來調節的, 輸入電壓的波動變化, 可以透過改變佔空比的方式來進行補償, 這樣在輸入電壓變化或波動較大時, 它仍能保證有較穩定的輸出電壓。所以, 開關電源的穩壓範圍很寬, 穩壓效果較好。此外,改變佔空比的方法有脈寬調製型、頻率調製型和混合調製型三種。這樣開關電源不僅具有穩壓範圍寬的優點, 而且實現穩壓的方法也較多較靈活,設計人員可以根據實際應用的需要和要求, 靈活選用各種形式的穩壓方法。
4．濾波效率高,不需要較大容量的濾波電容 開關電源的工作頻率目前基本上是工作在50kHz 左右, 是線性電源的1000倍, 這使整流後的濾波效率幾乎也提高了1000倍。就是採