开关电源如何实现电压控制与内部结构原理

开关电源如何实现电压控制与内部结构原理

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

随着我国工业的快速发展，开关电源逐渐地走上世界舞台，电源的体积也逐渐趋于模块化和小型化，电源的抗扰能力也越来越强。开关电源如何实现电压控制?内部结构是怎样的?下面带大家快速了解一下。

一、开关电源

开关电源是开关稳压电源的简称，一般指输入为、输出为直流电压的AC-。开关电源内部的功率开关管工作在高频开关状态，本身消耗的能量很低，电源效率可达75%~90%，比普通线性稳压电源(线性电源)提高一倍。

说到线性电源(如图1所示)，它与开关电源的区别是什么呢?说的通俗一点就是线性电源的调压可以看成是调阻值调压，相当于调节滑动变阻器使电压发生改变。开关电源则可以看成是通过调节开关的频率而使电压发生变化。

图 1 线性电源

二、开关电源分类

无工频变压器式开关电源

无工频变压器式开关电源是通过体积小的高频变压器来代替笨重的工频变压器，实验与电网隔离的。由于开关电源内部器件工作在高频开关状态，因此本身消耗的能量很低，电源效率比普通线性电源提高一倍。

图 2 开关电源结构框图

开关稳压器

开关稳压器是一种开关式集成稳压器，他将PWM控制器、功率输出级、等集成在一个芯片中，稳压器效率可达90%以上，有的还能连续调节输出电压，适合制造从几十瓦至几百瓦的开关电源。

单片开关电源

单片开关电源是将开关电源的主要电路都集成在芯片中，能实现输出隔离、脉宽调制及多种保护功能，其集成度最高。单片开关电源通过输入整流滤波器适配85~265V、47~400HZ的。而且它具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等优点，现已成为开发600W以下中、小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块化的优选集成电路。

图 3 单片开关电源模块

三、开关电源工作方式

开关电源按控制原理来分类，可以有以下4种分类：

1)脉冲宽度调制(简称PWM，即脉宽调制)式：简单讲就是通过调节脉冲宽度实现稳压目的，其核心是PWM控制器。这种方式开关电源的应用最为普遍，其占空比调节范围大，PWM还可以和主系统的时钟保持同步。

2)脉冲频率调制(简称PFM，即脉频调制)式：与脉宽调试类似，它是通过调节开关频率来实现稳压目的，其核心是PFM控制器。这种方式适合于，它在低占空比、低频条件下降低控制芯片的静态电流。

3)脉冲密度调制(简称PDM，即脉密调制)式：其特点是脉宽恒定，通过调节脉冲数实现稳压目的。它采用零电压技术，能显著降低功率开关管损耗。

4)混合调制式：它是PWM和PFM的组合。开关周期开关周期和脉冲宽度都可调

需要指出的是，PWM控制器既可作为一片独立的集成电路使用，也可被集成开关稳压器中，或集成在开关电源中。其中，开关稳压器属于变换器，开关电源一般为AC-DC变换器。如图4所示：

图 4 单片开关电源构成

从图中我们可以看出去掉前端整流滤波部分就可以看成是DC-DC变换器，加上前端整流滤波部分就是一个AC-DC变换器。

四、开关电源基本原理

开关电源的基本原理如图5所示。主要由以下7部分构成：

1) 输入整流滤波器，包括整流桥和输入滤波电容;

2) 单片开关电源，内含功率开关管和控制器(含振荡器、基准电压源、误差放大器和PWM比较器)，MOSFET;

3) 漏极钳位保护电路;

4) 高频变压器;

5) 输出整流滤波器;

6) 光耦反馈电路;

7) 偏置电路 ，给光耦合器的光敏提供偏压。

图 5 单片开关电源基本原理

五、原理分析

稳压原理分析如下：

当由于某种原因致使V上升，这时LED上的电流就提高，经过光耦器使接收管的发射极电流上升，进而使TOPSWITCH的控制端电流变大，占空比变小，导致V下降，从而达到稳压的作用。

六、总结

从以上我们可以看出开关电源作为现如今电源界的娇子，它还有很长的生命周期，而且优势明显。从运行原理上看许多因素都会影响开关电源的质量，而且其他保护电路的增加也会使开关电源安全性得到更高保障，隔离的选取也会影响电源的反应程度。ZLG致远电子的电源模块考虑到广大企业界的电源需求，无论是电源体积还是电源安全性都做到极致，保证各大企业设计板电源电路稳定输出，提供电源设计支持，实现真正的客户与厂家的互动。
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