什么是開關電源

開關(guan)(guan)電(dian)(dian)(dian)源是(shi)利用(yong)(yong)現代電(dian)(dian)(dian)力電(dian)(dian)(dian)子(zi)技術，控制(zhi)開關(guan)(guan)管(guan)開通和關(guan)(guan)斷的時間比(bi)率，維持穩定輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)(dian)壓的一種(zhong)電(dian)(dian)(dian)源，開關(guan)(guan)電(dian)(dian)(dian)源一般由(you)脈沖寬度調制(zhi)（PWM）控制(zhi)IC和MOSFET構(gou)成(cheng)。隨著電(dian)(dian)(dian)力電(dian)(dian)(dian)子(zi)技術的發展(zhan)和創(chuang)新，使得(de)開關(guan)(guan)電(dian)(dian)(dian)源技術也(ye)在不斷地創(chuang)新。目前(qian)，開關(guan)(guan)電(dian)(dian)(dian)源以(yi)小型、輕量(liang)和高效率的特點被(bei)廣(guang)泛(fan)應用(yong)(yong)幾乎所有的電(dian)(dian)(dian)子(zi)設備(bei)，是(shi)當今電(dian)(dian)(dian)子(zi)信(xin)息產業飛(fei)速發展(zhan)不可缺少的一種(zhong)電(dian)(dian)(dian)源方式。

開關電源用途

開關(guan)電(dian)源產品(pin)廣(guang)泛應用(yong)于工(gong)業自動化(hua)控制、軍工(gong)設(she)備(bei)、科研設(she)備(bei)、LED照明(ming)、工(gong)控設(she)備(bei)、通訊設(she)備(bei)、電(dian)力設(she)備(bei)、儀(yi)(yi)器(qi)儀(yi)(yi)表、醫療設(she)備(bei)、半導體(ti)制冷制熱、空氣凈化(hua)器(qi)，電(dian)子(zi)冰箱(xiang)，液晶(jing)顯示器(qi)，LED燈(deng)具，通訊設(she)備(bei)，視聽產品(pin)，安防(fang)監(jian)控，LED燈(deng)袋，電(dian)腦機箱(xiang)，數碼產品(pin)和儀(yi)(yi)器(qi)類(lei)等領域。

開關電源種類

開(kai)關電源可分為AC/DC和(he)(he)DC/DC兩大類，DC/DC變(bian)換器現(xian)已(yi)實現(xian)模塊化，且(qie)設計技(ji)術及生產工藝在國內(nei)外均已(yi)成熟和(he)(he)標準化；AC/DC的模塊化，因其(qi)自(zi)身的特性(xing)使(shi)得在模塊化的進程中(zhong)，遇到(dao)較(jiao)為復雜的技(ji)術和(he)(he)工藝制造問(wen)題。

（1）DC/DC變換

DC/DC變(bian)(bian)換是(shi)將固(gu)定的直流電壓(ya)變(bian)(bian)換成(cheng)可變(bian)(bian)的直流電壓(ya)，也稱為直流斬(zhan)波。斬(zhan)波器的工作(zuo)方式(shi)(shi)有兩種(zhong)，一(yi)是(shi)脈寬調(diao)制方式(shi)(shi)Ts不(bu)變(bian)(bian)，改變(bian)(bian)ton（通用），二是(shi)頻率調(diao)制方式(shi)(shi)，ton不(bu)變(bian)(bian)，改變(bian)(bian)Ts（易(yi)產生干擾）。其(qi)具體的電路由以下幾類：

A、Buck電路——降壓(ya)斬(zhan)波器，其輸出平均電壓(ya)U0小于輸入電壓(ya)Ui，極性相同。

B、Boost電(dian)路——升壓斬波器，其輸(shu)出平均電(dian)壓U0大(da)于輸(shu)入電(dian)壓Ui，極性相同。

C、Buck-Boost電路——降壓(ya)或升壓(ya)斬波(bo)器，其輸(shu)出平均電壓(ya)U0大(da)于(yu)或小于(yu)輸(shu)入電壓(ya)Ui，極性相反，電感傳(chuan)輸(shu)。

D、Cuk電(dian)路——降壓(ya)(ya)或升壓(ya)(ya)斬波器，其輸出平均電(dian)壓(ya)(ya)U0大(da)于或小于輸入電(dian)壓(ya)(ya)Ui，極性相反(fan)，電(dian)容傳(chuan)輸。

（2）AC/DC變換

AC/DC變換(huan)是(shi)將交流變換(huan)為直流，其功率流向(xiang)可以是(shi)雙向(xiang)的(de)，功率流由電源流向(xiang)負載(zai)的(de)稱(cheng)為“整流”，功率流由負載(zai)返回電源的(de)稱(cheng)為“有(you)源逆變”。

AC/DC變換按(an)電(dian)路(lu)(lu)的接線(xian)方式可(ke)分(fen)為，半(ban)波電(dian)路(lu)(lu)、全波電(dian)路(lu)(lu)。按(an)電(dian)源相數可(ke)分(fen)為，單相、三相、多相。按(an)電(dian)路(lu)(lu)工作象限又可(ke)分(fen)為一象限、二(er)象限、三象限、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)、檢測電(dian)路(lu)、輔助電(dian)源四(si)大部份組(zu)成（如圖）。

（1）主電路

沖擊(ji)(ji)電流限(xian)幅：限(xian)制(zhi)接通電源瞬間輸入側的沖擊(ji)(ji)電流。

輸入濾(lv)波器(qi)：其作用是過濾(lv)電網存在的雜(za)波及阻(zu)礙本機產生的雜(za)波反饋回電網。

整(zheng)流(liu)與濾波：將(jiang)電網交(jiao)流(liu)電源(yuan)直(zhi)接(jie)整(zheng)流(liu)為較平滑(hua)的直(zhi)流(liu)電。

逆變：將整流后的直流電變為(wei)高(gao)頻(pin)交流電，這是高(gao)頻(pin)開關電源(yuan)的核心部分。

輸出整流(liu)與濾波：根據負(fu)載(zai)需要，提供穩(wen)定可(ke)靠的直流(liu)電(dian)源。

（2）控制電路

一方(fang)面從(cong)輸出端(duan)取(qu)樣，與設定值進(jin)行比(bi)較，然后去控制逆(ni)變(bian)器，改(gai)變(bian)其脈(mo)寬或脈(mo)頻，使輸出穩定，另一方(fang)面，根據測試電(dian)路(lu)提供(gong)的(de)數據，經保護(hu)電(dian)路(lu)鑒別，提供(gong)控制電(dian)路(lu)對電(dian)源進(jin)行各種保護(hu)措施(shi)。

（3）檢測電路

提(ti)供保護電(dian)路中(zhong)正在運行中(zhong)各(ge)種參數(shu)和(he)各(ge)種儀表數(shu)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)(kai)關(guan)(guan)(guan)電(dian)(dian)源就是采用功率半(ban)導體器(qi)件(jian)(jian)作為開(kai)(kai)關(guan)(guan)(guan)元(yuan)(yuan)件(jian)(jian)，通(tong)(tong)過周期性(xing)通(tong)(tong)斷開(kai)(kai)關(guan)(guan)(guan)，控制開(kai)(kai)關(guan)(guan)(guan)元(yuan)(yuan)件(jian)(jian)的占空比來調整輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓。開(kai)(kai)關(guan)(guan)(guan)元(yuan)(yuan)件(jian)(jian)以一定的時(shi)間間隔重(zhong)復地(di)接通(tong)(tong)和斷開(kai)(kai)，在(zai)(zai)開(kai)(kai) 關(guan)(guan)(guan)無件(jian)(jian)接通(tong)(tong)時(shi)輸(shu)入電(dian)(dian)源Vi通(tong)(tong)過開(kai)(kai)關(guan)(guan)(guan)S和濾波電(dian)(dian)路(lu)向負載(zai)RL提供能量(liang)，當開(kai)(kai)關(guan)(guan)(guan)S斷開(kai)(kai)時(shi)，電(dian)(dian)路(lu)中的儲(chu)能裝(zhuang)置（L1、C2、二(er)極管D組(zu)成的電(dian)(dian)路(lu)）向負載(zai)RL釋放 在(zai)(zai)開(kai)(kai)關(guan)(guan)(guan)接通(tong)(tong)時(shi)所儲(chu)存的能量(liang)，使(shi)負載(zai)得到連續而穩定的能量(liang)。

VO=TON/T*Vi；

VO 為負載兩端的電壓平均(jun)值(zhi)；TON 為開(kai)關每次接通(tong)(tong)的時間；T 為開(kai)關通(tong)(tong)斷的工作周期；

由式可(ke)知，改變(bian)(bian)開(kai)關(guan)接通(tong)(tong)時間和(he)工作周期的(de)比(bi)(bi)(bi)例，VO間電(dian)壓平均值也隨之改變(bian)(bian)，因此，隨著負(fu)載(zai)及輸入電(dian)源(yuan)電(dian)壓的(de)變(bian)(bian)化(hua)自動調(diao)整TON和(he)T的(de)比(bi)(bi)(bi)例便使輸出電(dian)壓VO 維持(chi)不變(bian)(bian)。改變(bian)(bian)接通(tong)(tong)時間TON和(he)工作周期比(bi)(bi)(bi)例亦即改變(bian)(bian)脈沖的(de)占(zhan)空(kong)比(bi)(bi)(bi)，這種(zhong)方法稱(cheng)為“時間比(bi)(bi)(bi)率控制”（TimeRationControl，縮寫(xie)為 TRC）。

按(an)TRC控制原(yuan)理，有三種方式：

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

（2）脈沖頻率調制（PulseFrequencyModulation，縮寫為PFM）：導通脈(mo)沖寬度恒定(ding)，通過改變開關工作頻率(lv)來改變占空(kong)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(yong)合適的(de)輸(shu)入電(dian)壓(ya)范圍。以(yi)(yi)交流輸(shu)入為例，常用(yong)的(de)輸(shu)入電(dian)壓(ya)規(gui)格(ge)有110V，220V，所以(yi)(yi)相應(ying)就有了110V、220V交流切(qie)換，以(yi)(yi)及(ji)通用(yong)輸(shu)入電(dian)壓(ya)（AC：85V-264V）三(san)種規(gui)格(ge)。應(ying)根據使用(yong)地區選定輸(shu)入電(dian)壓(ya)規(gui)格(ge)。

2、選擇(ze)合適的功(gong)率(lv)。開關電(dian)源在工作時會消耗一部分(fen)功(gong)率(lv)，并以熱量的形(xing)式釋(shi)放(fang)出(chu)來。為了使電(dian)源的壽命增長，建(jian)議選用(yong)多30%輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)額定的機(ji)種。

3、考慮負載特(te)性(xing)。為(wei)了提(ti)高(gao)系統的可靠性(xing)，建(jian)議開關電源(yuan)(yuan)工作在50%-80%負載為(wei)佳，即(ji)假設所用功率為(wei)20W，應(ying)選(xuan)用輸出功率為(wei)25W-40W的開關電源(yuan)(yuan)。

4、如(ru)果負載是馬達、燈泡或電(dian)容性負載，當開機瞬間時(shi)電(dian)流較大，應選用合適電(dian)源以免過載。如(ru)果負載是馬達時(shi)應考(kao)慮(lv)停機時(shi)電(dian)壓(ya)倒灌。

5、此外尚需(xu)考(kao)(kao)慮電源的工作環境溫(wen)度(du)，及有無額外的輔(fu)助散熱設備，在(zai)過高a的環溫(wen)電源需(xu)減(jian)額輸出。需(xu)參考(kao)(kao)環溫(wen)對(dui)輸出功率的減(jian)額曲線。

6、根據(ju)應用所需(xu)選擇各項功(gong)能：

保(bao)護功能：過電壓保(bao)護（OVP）、過溫度(du)保(bao)護（OTP）、過負載保(bao)護（OLP）等。

應用功(gong)(gong)能(neng)(neng)：信號(hao)功(gong)(gong)能(neng)(neng)（供電正(zheng)常、供電失效）、遙(yao)控功(gong)(gong)能(neng)(neng)、遙(yao)測功(gong)(gong)能(neng)(neng)、并聯功(gong)(gong)能(neng)(neng)等。

特殊功能：功因矯正（PFC）、不斷(duan)電(dian)（UPS）

7、選(xuan)擇所(suo)需符合的安規(gui)及電磁兼容（EMC）認證。

根(gen)據(ju)使用情(qing)況(kuang)，定出(chu)需(xu)要(yao)(yao)的輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓(ya)、電(dian)(dian)流；電(dian)(dian)源的尺寸、安(an)(an)裝方(fang)(fang)式(shi)和(he)安(an)(an)裝孔位(wei)；有幾(ji)路輸(shu)出(chu)，各路輸(shu)出(chu)是否需(xu)要(yao)(yao)電(dian)(dian)氣隔(ge)離；輸(shu)入電(dian)(dian)壓(ya)范圍；根(gen)據(ju)環境溫度，決(jue)定開關(guan)電(dian)(dian)源的降額程度，電(dian)(dian)源功率(lv)；是否需(xu)要(yao)(yao)認證及安(an)(an)規標準；電(dian)(dian)源的冷卻(que)方(fang)(fang)式(shi)：自然冷卻(que)或強制風冷；電(dian)(dian)磁(ci)兼容標準。

8、盡量(liang)選用廠家的標準電(dian)源，包括標準尺(chi)(chi)寸和(he)輸出(chu)電(dian)壓。這樣貨期比較快；相(xiang)反(fan)，特殊的尺(chi)(chi)寸和(he)輸出(chu)電(dian)壓，則會延長貨期、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、使用(yong)電(dian)源前，先確定輸(shu)入輸(shu)出電(dian)壓規(gui)格與所用(yong)電(dian)源的標稱值是(shi)否相符(fu)。

2、通電之前，檢查輸(shu)入輸(shu)出的(de)引線(xian)是否連接正確，以免損壞用(yong)戶設備。

3、檢查(cha)安裝是(shi)否牢固(gu)，安裝螺絲(si)與電源板器件有無接(jie)觸，測量外殼(ke)與輸入(ru)、輸出的絕緣電阻(zu)，以免觸電。

4、為保證使用(yong)的安全性(xing)和減少干擾，請確(que)保接地(di)端(duan)可靠接地(di)。

5、多(duo)路(lu)輸出(chu)(chu)的(de)電(dian)源一(yi)般(ban)分主(zhu)(zhu)(zhu)、輔輸出(chu)(chu)，主(zhu)(zhu)(zhu)輸出(chu)(chu)特性優于(yu)輔輸出(chu)(chu)，一(yi)般(ban)情況下輸出(chu)(chu)電(dian)流大的(de)為主(zhu)(zhu)(zhu)輸出(chu)(chu)。為保(bao)證(zheng)輸出(chu)(chu)負(fu)(fu)載(zai)調(diao)整(zheng)率和輸出(chu)(chu)動態等指標，一(yi)般(ban)要(yao)求每路(lu)至少(shao)帶(dai)10%的(de)負(fu)(fu)載(zai)。若用輔路(lu)不用主(zhu)(zhu)(zhu)路(lu)，主(zhu)(zhu)(zhu)路(lu)一(yi)定加適當的(de)假負(fu)(fu)載(zai)。具體參見相應型號的(de)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(da)開電源(yuan)(yuan)的(de)(de)外(wai)殼，檢查保險絲是否熔斷，再觀察(cha)電源(yuan)(yuan)的(de)(de)內部情況，如果發(fa)現電源(yuan)(yuan)的(de)(de)PCB板上有(you)燒焦處或元(yuan)件(jian)破(po)裂，則應重(zhong)點檢查此處元(yuan)件(jian)及相關電路元(yuan)件(jian)。

聞：聞一下電源內部是(shi)否(fou)有糊(hu)味，檢查是(shi)否(fou)有燒焦的(de)元器件。

問(wen)：問(wen)一下電(dian)源損壞的經(jing)過，是否對電(dian)源進行違規操作。

量(liang)(liang)：沒通電(dian)(dian)(dian)(dian)前，用萬(wan)用表量(liang)(liang)一下(xia)高壓(ya)電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)兩端(duan)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)先。如(ru)果是(shi)開關(guan)電(dian)(dian)(dian)(dian)源不起振(zhen)或開關(guan)管開路引起的(de)故障，則大多數情況下(xia)，高壓(ya)濾波(bo)電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)兩端(duan)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)未泄放(fang)(fang)(fang)悼(dao)，用萬(wan)用表測量(liang)(liang)AC電(dian)(dian)(dian)(dian)源線兩端(duan)的(de)正(zheng)反向電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)及電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)情況，電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)值(zhi)不應過低，否則電(dian)(dian)(dian)(dian)源內部可能存在短(duan)路。電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)應能充(chong)放(fang)(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)。脫開負載，分別(bie)測量(liang)(liang)各組輸出端(duan)的(de)對地電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)，正(zheng)常時，表針(zhen)應有電(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)充(chong)放(fang)(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)擺動，最(zui)后指示的(de)應為該路的(de)泄放(fang)(fang)(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)的(de)阻(zu)值(zhi)。

2、加電檢測

通電后觀察電源是否(fou)有燒保險(xian)及個(ge)別元件冒煙等(deng)現象，若有要及時切斷供電進行檢(jian)修(xiu)。

測量高壓濾(lv)波電容(rong)兩(liang)端(duan)有(you)無300伏輸出，若無應(ying)重點查(cha)整流二極管、濾(lv)波電容(rong)等。

測量高頻變壓器次級線圈有無輸(shu)出，若無應重點查開關(guan)管(guan)(guan)是否損壞，是否起振，保護電路是否動作(zuo)等，若有則(ze)應重點檢查各輸(shu)出側的整流(liu)二極管(guan)(guan)、濾波(bo)電容、三(san)通穩壓管(guan)(guan)等。

如果(guo)電(dian)(dian)源啟動一下就(jiu)停止，則(ze)該電(dian)(dian)源處(chu)于保(bao)(bao)護狀(zhuang)態(tai)下，可直接測(ce)量PWM芯(xin)片保(bao)(bao)護輸入腳的(de)(de)電(dian)(dian)壓，如果(guo)電(dian)(dian)壓超出規定值，則(ze)說(shuo)明電(dian)(dian)源處(chu)于保(bao)(bao)護狀(zhuang)態(tai)下，應重點檢查產生(sheng)保(bao)(bao)護的(de)(de)原因。

【開關電源常見故障維修→】

1、開關(guan)電(dian)(dian)(dian)源是直流電(dian)(dian)(dian)轉變(bian)為高頻(pin)脈(mo)沖(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)流，將電(dian)(dian)(dian)能(neng)儲存(cun)到(dao)電(dian)(dian)(dian)感(gan)、電(dian)(dian)(dian)容元件中，利(li)用(yong)(yong)電(dian)(dian)(dian)感(gan)、電(dian)(dian)(dian)容的(de)特(te)性將電(dian)(dian)(dian)能(neng)按預定的(de)要求釋放出來來改變(bian)輸出電(dian)(dian)(dian)壓(ya)或電(dian)(dian)(dian)流的(de)；線性電(dian)(dian)(dian)源沒有高頻(pin)脈(mo)沖(chong)(chong)和(he)(he)儲存(cun)元件，它利(li)用(yong)(yong)元器件線性特(te)性在負(fu)載(zai)變(bian)化時瞬(shun)間(jian)反饋控制輸入達到(dao)穩定電(dian)(dian)(dian)壓(ya)和(he)(he)電(dian)(dian)(dian)流的(de)。

2、開(kai)關(guan)電源(yuan)可(ke)以降壓(ya)，也可(ke)以升壓(ya)；線性電源(yuan)只能降壓(ya)。

3、開關電源(yuan)(yuan)效(xiao)率高；線性電源(yuan)(yuan)效(xiao)率低。

4、線性電源(yuan)控制速(su)度(du)快，波(bo)紋小；開關電源(yuan)波(bo)紋大。