开关电源组成及工作原理

电源是各种电子设备必不可缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。由于开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态，功耗小，转化率高，且体积和重量只有线性电源的20%～30%，故目前它已成为稳压电源的主流产品。
一、开关电源的组成
开关电源大至由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源四大部份组成(见图)

1、主电路
冲击电流限幅：限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流。
输入滤波器：其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍本机产生的杂波反馈回电网。
整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。
逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分。
输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。
2、控制电路
一方面从输出端取样，与设定值进行比较，然后去控制逆变器，改变其脉宽或脉频，使输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对电源进行各种保护措施。
3、检测电路
提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。
4、辅助电源
实现电源的软件(远程)启动，为保护电路和控制电路(PWM等芯片)工作供电。
二.开关电源的工作原理
开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关元件以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关无件接通时输入电源Vi通过开关S和滤波电路向负载RL提供能量，当开关S断开时，电路中的储能装置(L1、C2、二极管D组成的电路)向负载RL释放在开关接通时所储存的能量，使负载得到连续而稳定的能量。
VO=TON/T*Vi
VO为负载两端的电压平均值
TON为开关每次接通的时间
T为开关通断的工作周期
由式可知，改变开关接通时间和工作周期的比例，VO间电压平均值也随之改变，因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便使输出电压VO维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，这种方法称为“时间比率控制”(Time Ration Control,缩写为TRC)。
按TRC控制原理，有三种方式：
1、脉冲宽度调制(Pulse With Modulation,缩写为PWM)：开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。
2、脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,缩写为PFM)：导通脉冲宽度恒定，通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。
3、混合调制：导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定，彼此都能改变的方式，它是以上二种方式的混合。