什么叫開(kāi)關(guān)電源？

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新。目前，開(kāi)關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。

開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制 IC 和 MOSFET 構(gòu)成。

開(kāi)關(guān)電源是相對(duì)線性電源說(shuō)的，其輸入端直接將交流電整流變成直流電，再在高頻震蕩電路的作用下，用開(kāi)關(guān)管控制電流的通斷，形成高頻脈沖電流。在電感(高頻變壓器)的幫助下，輸出穩(wěn)定的低壓直流電。

由于變壓器的磁芯大小與開(kāi)關(guān)電源工作頻率的平方成反比，頻率越高鐵心越小。這樣就可以大大減小變壓器，使電源減輕重量和體積。而且由于它直接控制直流，使這種電源的效率比線性電源高很多。這樣就節(jié)省了能源，因此它受到人們的青睞。但它也有缺點(diǎn)，就是電路復(fù)雜，維修困難，對(duì)電路的污染嚴(yán)重。電源噪聲大，不適合用于某些低噪聲電路。

開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)

開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制 IC 和 MOSFET 構(gòu)成。隨著隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，目前開(kāi)關(guān)電源主要以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用到幾乎所有的電子設(shè)備，其重要性可見(jiàn)一斑。

開(kāi)關(guān)電源的分類

根據(jù)開(kāi)關(guān)器件在電路中連接的方式，開(kāi)關(guān)電源總的來(lái)說(shuō)可分為串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源、并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源、變壓器式開(kāi)關(guān)電源等三大類。

其中，變壓器式開(kāi)關(guān)電源還可以進(jìn)一步分成：推挽式、半橋式、全橋式等多種。根據(jù)變壓器的激勵(lì)和輸出電壓的相位，又可以分成：正激式、反激式、單激式和雙激式等多種。

開(kāi)關(guān)電源和普通電源的區(qū)別

普通的電源一般是線性電源，線性電源，是指調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下的電源。而在開(kāi)關(guān)電源中則不一樣，開(kāi)關(guān)管(在開(kāi)關(guān)電源中，我們一般把調(diào)整管叫做開(kāi)關(guān)管)是工作在開(kāi)、關(guān)兩種狀態(tài)下的：開(kāi) —— 電阻很小，關(guān) —— 電阻很大。

開(kāi)關(guān)電源是一種比較新型的電源。它具有效率高，重量輕，可升、降壓、輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)。但是由于電路工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以噪聲比較大。

舉例說(shuō)明：降壓型開(kāi)關(guān)電源

我們來(lái)簡(jiǎn)單的說(shuō)說(shuō)降壓型開(kāi)關(guān)電源的工作原理：電路由開(kāi)關(guān)（實(shí)際電路中為三極管或者場(chǎng)效應(yīng)管），續(xù)流二極管、儲(chǔ)能電感、濾波電容等構(gòu)成。

當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電源通過(guò)開(kāi)關(guān)、電感給負(fù)載供電，并將部分電能儲(chǔ)存在電感以及電容中。由于電感的自感，在開(kāi)關(guān)接通后，電流增大得比較緩慢，即輸出不能立刻達(dá)到電源電壓值。

一定時(shí)間后，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，由于電感的自感作用（可以比較形象的認(rèn)為電感中的電流有慣性作用），將保持電路中的電流不變，即從左往右繼續(xù)流。這電流流過(guò)負(fù)載，從地線返回，流到續(xù)流二極管的正極，經(jīng)過(guò)二極管，返回電感的左端，從而形成了一個(gè)回路。

通過(guò)控制開(kāi)關(guān)閉合跟斷開(kāi)的時(shí)間（即 PWM——脈沖寬度調(diào)制），就可以控制輸出電壓。如果通過(guò)檢測(cè)輸出電壓來(lái)控制開(kāi)、關(guān)的時(shí)間，以保持輸出電壓不變，這就實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。

普通電源和開(kāi)關(guān)電源相同的是都有電壓調(diào)整管，利用反饋原理來(lái)進(jìn)行穩(wěn)壓的，不同的是開(kāi)關(guān)電源利用開(kāi)關(guān)管進(jìn)行調(diào)整，普通電源一般利用三極管的線性放大區(qū)進(jìn)行調(diào)整。比較而言，開(kāi)關(guān)電源的能耗低，對(duì)交流電壓適用范圍要寬，輸出直流的波紋系數(shù)要好，缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)脈沖干擾。

普通半橋開(kāi)關(guān)電源的主要工作原理就是上橋和下橋的開(kāi)關(guān)管(頻率高時(shí)開(kāi)關(guān)管為 VMOS)輪流導(dǎo)通，首先電流通過(guò)上橋開(kāi)關(guān)管流入，利用電感線圈的存儲(chǔ)功能，將電能集聚在線圈中，最后關(guān)閉上橋開(kāi)關(guān)管，打開(kāi)下橋的開(kāi)關(guān)管，電感線圈和電容持續(xù)給外部供電。然后又關(guān)閉下橋開(kāi)關(guān)管，再打開(kāi)上橋讓電流進(jìn)入，就這樣重復(fù)進(jìn)行，因?yàn)橐喠鏖_(kāi)關(guān)兩開(kāi)關(guān)管，所以稱為開(kāi)關(guān)電源。

而線性電源就不一樣了，由于沒(méi)有開(kāi)關(guān)介入，使得上水管一直在放水，如果有多的，就會(huì)漏出來(lái)，這就是我們經(jīng)?？吹降哪承┚€性電源的調(diào)整管發(fā)熱量很大，用不完的電能，全部轉(zhuǎn)換成了熱能。從這個(gè)角度來(lái)看，線性電源的轉(zhuǎn)換效率就非常低了，而且熱量高的時(shí)候，元件的壽命勢(shì)必要下降，影響最終的使用效果。

主要區(qū)別：工作方式

線性電源的功率調(diào)整管總是工作在放大區(qū)，流過(guò)的電流是連續(xù)的。由于調(diào)整管上損耗較大的功率，所以需要較大功率調(diào)整管并裝有體積很大的散熱器，發(fā)熱嚴(yán)重，效率很低，一般在 40%~60%（還得說(shuō)是很好的線性電源）。

線性電源的工作方式，使從高壓變低壓必須有將壓裝置，一般的都是變壓器，也有別的像 KX 電源，再經(jīng)過(guò)整流輸出直流電壓。這樣一來(lái)體積也就很大，比較笨重，效率低、發(fā)熱量也大；但也有優(yōu)點(diǎn)：紋波小、調(diào)整率好、對(duì)外干擾小、適合用與模擬電路 / 各類放大器等。

開(kāi)關(guān)電源它的功率器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在電壓調(diào)整時(shí)能量是通過(guò)電感線圈來(lái)臨時(shí)貯存，這樣他的損耗就小，效率也就高，對(duì)散熱的要求低，但它對(duì)變壓器和貯能電感也有了更高的要求，要用低損耗高磁導(dǎo)率的材料來(lái)做。它的變壓器就是一個(gè)字小。總效率在 80%～98%，開(kāi)關(guān)電源的效率高但體積小，但是和線性電源比他的紋波，電壓電流調(diào)整率就有一定的折扣了。

審核編輯 黃昊宇