什么是开关电源

liyang

  开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防监控，LED灯袋，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。

  开关电源的种类
交流电经过整流，可以得到直流电。但是，由于交流电压及负载电流的变化，整流后得到的直流电压通常会造成20%到40%的电压变化。为了得到稳定的直流电压，必须采用稳压电路来实现稳压。按照实现方法的不同，稳压电源可分为三种：线性稳压电源、相控稳压电源、开关稳压电源。
　　常用的低压直流开关电源就是将220V交流电经过EMC滤波器后直接整流成300V左右的直流电，通过电路控制开关管进行高速的道通与截止再转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压，而后再整流成所需要电压的直流电。转华为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50Hz高很多，所以开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热；另外，在高频下，贮存能量和滤波电容和电感要比50Hz 下小很多，成本很低。如果不将50Hz 变为高频那开关电源就没有意义！开关变压器也不神秘，就是一个普通的变压器！这就是开关电源。
　　开关电源，是通过电子技术实现的，主要环节：整流成直流电——逆变成所需电压的交流电（主要来调整电压）——再经过整流成直流电压输出。
    　开关电源的结构中由于中间没有笨重的变压器和散热片，因而体积非常小。同时，开关电源内部都是电子元件，效率高、发热小。虽然，具有电磁干扰等缺点，但现在没有偷工减料的开关电源抗电磁干扰滤波器和屏蔽技术已经非常到位。
    　开关电源大体可以分为隔离和非隔离两种，隔离型的必定有开关变压器，而非隔离的未必一定有。简单地说,开关电源的工作原理是:
　　1.交流电源输入经整流滤波成直流;
　　2.通过高频PWM(脉冲宽度调制)或者脉冲频率调制（PFM）控制开关管，将那个直流加到开关变压器初级上;
　　3.开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载;
　　4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的.
    　交流电源输入时一般要经过电感电容滤波器一类的东西，过滤掉电网上的干扰，同时也过滤掉电源对电网的干扰；在功率相同时，开关频率越高，开关变压器的体积就越小，但对开关管的要求就越高；开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头，以得到需要的输出；一般还应该增加一些保护电路，比如空载、短路等保护, 否则可能会烧毁开关电源。
    　以上说的就是开关电源的大致工作原理。
    　其实现在已经有了集成度非常高的专用芯片，可以使外围电路非常简单，甚至做到免调试。例如TOP系列的开关电源芯片(或称模块)，只要配合一些阻容元件，和一个开关变压器，就可以做成一个基本的开关电源。
　　开关电源&线性电源
　　普通半桥开关电源的主要工作原理就是上桥和下桥的开关管(频率高时开关管为VMOS)轮流导通，首先电流通过上桥开关管流入，利用电感线圈的存储功能，将电能集聚在线圈中，最后关闭上桥开关管，打开下桥的开关管，电感线圈和电容持续给外部供电。然后又关闭下桥开关管，再打开上桥让电流进入，就这样重复进行，因为要轮流开关两开关管，所以称为开关电源。
    　而线性电源就不一样了，由于没有开关介入，使得上水管一直在放水，如果有多的，就会漏出来，这就是我们经常看到的某些线性电源的调整管发热量很大，用不完的电能，全部转换成了热能。从这个角度来看，线性电源的转换效率就非常低了，而且热量高的时候，元件的寿命势必要下降，影响最终的使用效果 。
　开关电源和线性电源的区别主要是他们的工作方式。
　　线性电源的功率调整管总是工作在放大区，流过的电流是连续的。由于调整管上损耗较大的功率，所以需要较大功率调整管并装有体积很大的散热器，发热严重，效率很低。一般在50%~60%，还得说他是很好的线性电源。线性电源的工作方式，使他从高压变低压必须有将压装置，一般的都是变压器，也有别的像KX电源，再经过整流输出直流电压。这样一来他的体积也就很大，比较笨重，效率低、发热量也大。他也有他的优点：纹波小，调整率好，对外干扰小。适合用与模拟电路，各类放大器等。
　　开关电源。它的功率器件工作在开关状态，在电压调整时能量是通过电感线圈来临时贮存，这样他的损耗就小，效率也就高，对散热的要求低，但它对变压器和贮能电感也有了更高的要求，要用低损耗高磁导率的材料来做。它的变压器就是一个字小。总效率在 80％～98％，开关电源的效率高但体积小，但是和线性电源比他的纹波，电压电流调整率就有一定的折扣了。
线性电源的调整管工作在放大状态，因而发热量大，效率低（35%左右），需要加体积庞大的散热片，而且还需要同样也是大体积的工频变压器，当要制作多组电压输出时变压器会更庞大。开关电源的调整管工作在饱和和截至状态，因而发热量小，效率高（75％以上）而且省掉了大体积的变压器。但开关电源输出的直流上面会叠加较大的纹波（50mV at 5V output typical），在输出端并接稳压二极管可以改善，另外由于开关管工作是会产生很大的尖峰脉冲干扰，也需要在电路中串连磁珠加以改善。相对而言线性电源就没有以上缺陷，它的纹波可以做的很小（5mV以下）。
对于电源效率和安装体积有要求的地方用开关电源为佳，对于电磁干扰和电源纯净性有要求的地方（例如电容漏电检测）多选用线性电源。另外当电路中需要作隔离的时候现在多数用DC－DC来做对隔离部分供电（DC-DC从其工作原理上来说就是开关电源）。还有，开关电源中用到的高频变压器可能绕制起来比较麻烦。