什么是開關電源

開關(guan)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)是利用現代(dai)電(dian)(dian)(dian)力(li)(li)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)技(ji)術(shu)，控制(zhi)(zhi)開關(guan)管開通和關(guan)斷的(de)時(shi)間比率，維持穩(wen)定輸出電(dian)(dian)(dian)壓的(de)一(yi)種(zhong)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)，開關(guan)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)一(yi)般由脈沖寬(kuan)度調制(zhi)(zhi)（PWM）控制(zhi)(zhi)IC和MOSFET構成。隨著電(dian)(dian)(dian)力(li)(li)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)技(ji)術(shu)的(de)發展和創(chuang)(chuang)新，使得開關(guan)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)技(ji)術(shu)也(ye)在不(bu)斷地創(chuang)(chuang)新。目前，開關(guan)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)以小型、輕量和高效率的(de)特點(dian)被廣泛應用幾乎(hu)所有的(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)設備，是當今電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)信息產(chan)業飛(fei)速發展不(bu)可(ke)缺少的(de)一(yi)種(zhong)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)方式(shi)。

開關電源用途

開關電(dian)源產(chan)品(pin)廣泛應用于工業自(zi)動(dong)化控(kong)制(zhi)、軍工設(she)備(bei)、科研設(she)備(bei)、LED照明、工控(kong)設(she)備(bei)、通(tong)訊設(she)備(bei)、電(dian)力(li)設(she)備(bei)、儀器(qi)(qi)(qi)儀表(biao)、醫療設(she)備(bei)、半導體制(zhi)冷制(zhi)熱、空氣凈化器(qi)(qi)(qi)，電(dian)子冰箱，液晶顯示(shi)器(qi)(qi)(qi)，LED燈具，通(tong)訊設(she)備(bei)，視(shi)聽產(chan)品(pin)，安防監控(kong)，LED燈袋(dai)，電(dian)腦(nao)機箱，數(shu)碼產(chan)品(pin)和儀器(qi)(qi)(qi)類等領(ling)域。

開關電源種類

開關電源可分為(wei)AC/DC和(he)DC/DC兩大類(lei)，DC/DC變換器現已實現模(mo)塊化，且設計技(ji)術(shu)(shu)及生產工藝在(zai)國內外均已成熟和(he)標準化；AC/DC的(de)(de)(de)模(mo)塊化，因其自身的(de)(de)(de)特(te)性使得在(zai)模(mo)塊化的(de)(de)(de)進(jin)程中，遇到(dao)較為(wei)復(fu)雜的(de)(de)(de)技(ji)術(shu)(shu)和(he)工藝制造問題。

（1）DC/DC變換

DC/DC變(bian)(bian)換(huan)(huan)是(shi)(shi)將固定的直流電(dian)(dian)壓變(bian)(bian)換(huan)(huan)成可變(bian)(bian)的直流電(dian)(dian)壓，也稱為直流斬波(bo)。斬波(bo)器的工作(zuo)方(fang)式有兩(liang)種(zhong)，一是(shi)(shi)脈(mo)寬調(diao)制(zhi)方(fang)式Ts不變(bian)(bian)，改(gai)(gai)變(bian)(bian)ton（通用），二是(shi)(shi)頻率調(diao)制(zhi)方(fang)式，ton不變(bian)(bian)，改(gai)(gai)變(bian)(bian)Ts（易產生(sheng)干擾）。其具體的電(dian)(dian)路由以(yi)下(xia)幾類：

A、Buck電(dian)路——降壓斬波器，其輸(shu)出平均電(dian)壓U0小于(yu)輸(shu)入電(dian)壓Ui，極性(xing)相(xiang)同(tong)。

B、Boost電(dian)路——升壓(ya)斬波器，其輸(shu)出平(ping)均電(dian)壓(ya)U0大于輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)Ui，極性相(xiang)同(tong)。

C、Buck-Boost電路——降壓(ya)或升壓(ya)斬(zhan)波器，其輸出平均電壓(ya)U0大于(yu)或小于(yu)輸入(ru)電壓(ya)Ui，極性相反，電感傳輸。

D、Cuk電(dian)(dian)路——降壓或升壓斬(zhan)波器(qi)，其輸出(chu)平均電(dian)(dian)壓U0大于(yu)或小于(yu)輸入電(dian)(dian)壓Ui，極(ji)性相反，電(dian)(dian)容(rong)傳(chuan)輸。

（2）AC/DC變換

AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流向(xiang)可以(yi)是雙向(xiang)的(de)，功率流由電源流向(xiang)負載的(de)稱為“整(zheng)流”，功率流由負載返(fan)回電源的(de)稱為“有源逆變”。

AC/DC變換(huan)按(an)電(dian)(dian)路(lu)的接線方式可分(fen)為，半(ban)波(bo)電(dian)(dian)路(lu)、全波(bo)電(dian)(dian)路(lu)。按(an)電(dian)(dian)源相(xiang)數可分(fen)為，單相(xiang)、三相(xiang)、多相(xiang)。按(an)電(dian)(dian)路(lu)工作象(xiang)限(xian)又可分(fen)為一(yi)象(xiang)限(xian)、二象(xiang)限(xian)、三象(xiang)限(xian)、四象(xiang)限(xian)。

開關電源的組成

開關電(dian)源大致由主(zhu)電(dian)路(lu)、控(kong)制電(dian)路(lu)、檢(jian)測電(dian)路(lu)、輔助電(dian)源四大部份組成（如圖）。

（1）主電路

沖擊電流限幅：限制接(jie)通(tong)電源(yuan)瞬(shun)間輸入側的沖擊電流。

輸入濾(lv)波器：其作用是過(guo)濾(lv)電網存在的雜波及阻礙本機產生的雜波反饋(kui)回(hui)電網。

整流與濾(lv)波：將電網交流電源直接整流為較平(ping)滑的直流電。

逆變：將整流(liu)后的直流(liu)電變為高(gao)頻(pin)交流(liu)電，這(zhe)是高(gao)頻(pin)開關電源的核心部分(fen)。

輸出整流與濾(lv)波(bo)：根據負載需要，提供(gong)穩定可靠的直流電源。

（2）控制電路

一方面從輸(shu)出(chu)端取樣，與設(she)定值(zhi)進行(xing)比較，然后去控制逆變器，改(gai)變其脈寬或脈頻，使輸(shu)出(chu)穩定，另一方面，根據測試電路提(ti)供的(de)數據，經保護(hu)電路鑒(jian)別(bie)，提(ti)供控制電路對(dui)電源進行(xing)各種保護(hu)措施。

（3）檢測電路

提供(gong)保護電路中正(zheng)在運行中各種參數和各種儀表數據。

（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)關(guan)(guan)(guan)電(dian)源就是采(cai)用功率(lv)半導體器件(jian)作為開(kai)關(guan)(guan)(guan)元件(jian)，通過(guo)周期性通斷(duan)開(kai)關(guan)(guan)(guan)，控(kong)制開(kai)關(guan)(guan)(guan)元件(jian)的占空比來調整輸出電(dian)壓。開(kai)關(guan)(guan)(guan)元件(jian)以(yi)一定的時間(jian)間(jian)隔重復地(di)接通和(he)斷(duan)開(kai)，在(zai)開(kai) 關(guan)(guan)(guan)無件(jian)接通時輸入電(dian)源Vi通過(guo)開(kai)關(guan)(guan)(guan)S和(he)濾波電(dian)路(lu)向負(fu)載(zai)RL提供能量，當開(kai)關(guan)(guan)(guan)S斷(duan)開(kai)時，電(dian)路(lu)中的儲(chu)能裝置（L1、C2、二極管(guan)D組(zu)成的電(dian)路(lu)）向負(fu)載(zai)RL釋放 在(zai)開(kai)關(guan)(guan)(guan)接通時所儲(chu)存的能量，使(shi)負(fu)載(zai)得到連續而(er)穩(wen)定的能量。

VO=TON/T*Vi；

VO 為負載兩端的電壓平均值；TON 為開(kai)(kai)關每次(ci)接通的時間；T 為開(kai)(kai)關通斷的工作周期(qi)；

由式可(ke)知，改(gai)變開關接通(tong)時(shi)間(jian)和工作周期(qi)的(de)比(bi)例(li)，VO間(jian)電壓(ya)平均值也隨(sui)之改(gai)變，因此(ci)，隨(sui)著負載(zai)及輸(shu)入電源(yuan)電壓(ya)的(de)變化自動(dong)調整TON和T的(de)比(bi)例(li)便使輸(shu)出(chu)電壓(ya)VO 維(wei)持不變。改(gai)變接通(tong)時(shi)間(jian)TON和工作周期(qi)比(bi)例(li)亦即改(gai)變脈(mo)沖(chong)的(de)占空比(bi)，這種(zhong)方法(fa)稱為“時(shi)間(jian)比(bi)率控制”（TimeRationControl，縮寫為 TRC）。

按(an)TRC控(kong)制(zhi)原理，有三種方式(shi)：

（1）脈沖寬度調制（PulseWithModulation，縮寫為PWM）：開關周期恒定，通過(guo)改變脈(mo)沖(chong)寬度來改變占空比的方(fang)式。

（2）脈沖頻率調制（PulseFrequencyModulation，縮寫為PFM）：導通脈沖寬度恒定，通過(guo)改變開關工作頻率來(lai)改變占(zhan)空比的(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、選用合適的輸(shu)(shu)入(ru)電(dian)(dian)壓(ya)范圍。以(yi)交(jiao)流(liu)輸(shu)(shu)入(ru)為例，常用的輸(shu)(shu)入(ru)電(dian)(dian)壓(ya)規(gui)格有110V，220V，所(suo)以(yi)相(xiang)應就有了110V、220V交(jiao)流(liu)切換，以(yi)及通用輸(shu)(shu)入(ru)電(dian)(dian)壓(ya)（AC：85V-264V）三種規(gui)格。應根據使(shi)用地區選定輸(shu)(shu)入(ru)電(dian)(dian)壓(ya)規(gui)格。

2、選擇合適的(de)功率。開關(guan)電源在(zai)工作時會(hui)消耗一部分功率，并以熱量的(de)形式釋放出(chu)來。為了(le)使電源的(de)壽(shou)命(ming)增長，建議選用多(duo)30%輸(shu)出(chu)功率額定的(de)機(ji)種。

3、考慮負載(zai)特性。為(wei)了(le)提(ti)高系統的(de)可靠(kao)性，建(jian)議開關電源工作在50%-80%負載(zai)為(wei)佳，即(ji)假(jia)設所用(yong)功率(lv)為(wei)20W，應(ying)選(xuan)用(yong)輸出功率(lv)為(wei)25W-40W的(de)開關電源。

4、如(ru)果負載是馬達、燈泡或電(dian)容性負載，當(dang)開(kai)機瞬間時電(dian)流較大，應選用合適(shi)電(dian)源以免(mian)過(guo)載。如(ru)果負載是馬達時應考(kao)慮停(ting)機時電(dian)壓倒灌。

5、此外尚需(xu)考(kao)慮電源的(de)工作環境溫(wen)(wen)度，及(ji)有無(wu)額外的(de)輔(fu)助散熱設備(bei)，在過高(gao)a的(de)環溫(wen)(wen)電源需(xu)減額輸出(chu)。需(xu)參(can)考(kao)環溫(wen)(wen)對輸出(chu)功(gong)率的(de)減額曲線。

6、根據應(ying)用所需選(xuan)擇各項功能：

保護功能(neng)：過電(dian)壓保護（OVP）、過溫度保護（OTP）、過負載保護（OLP）等(deng)。

應用(yong)功(gong)能(neng)：信號功(gong)能(neng)（供(gong)(gong)電(dian)正常、供(gong)(gong)電(dian)失效）、遙(yao)控功(gong)能(neng)、遙(yao)測功(gong)能(neng)、并(bing)聯功(gong)能(neng)等。

特殊(shu)功能：功因矯(jiao)正（PFC）、不斷(duan)電(dian)（UPS）

7、選擇所需符合的(de)安規及電磁兼容（EMC）認(ren)證(zheng)。

根(gen)據使用情(qing)況，定出(chu)(chu)需(xu)要(yao)的(de)輸(shu)出(chu)(chu)電(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)流(liu)；電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)的(de)尺寸、安(an)裝方式(shi)和(he)安(an)裝孔位；有幾路輸(shu)出(chu)(chu)，各(ge)路輸(shu)出(chu)(chu)是(shi)否需(xu)要(yao)電(dian)(dian)氣隔離(li)；輸(shu)入電(dian)(dian)壓范(fan)圍；根(gen)據環境溫度(du)，決定開關電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)的(de)降額程度(du)，電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)功率；是(shi)否需(xu)要(yao)認證及(ji)安(an)規標(biao)準；電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)的(de)冷卻方式(shi)：自然冷卻或強制風(feng)冷；電(dian)(dian)磁兼容標(biao)準。

8、盡量選用廠(chang)家(jia)的(de)標準電(dian)源，包括標準尺(chi)寸和輸(shu)出電(dian)壓(ya)。這樣貨(huo)期比較快；相反，特殊的(de)尺(chi)寸和輸(shu)出電(dian)壓(ya)，則會延長貨(huo)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)電源前(qian)，先確定輸(shu)入輸(shu)出電壓規格與所用(yong)電源的標稱(cheng)值(zhi)是否相(xiang)符。

2、通電之前，檢(jian)查輸入輸出的引線是(shi)否連(lian)接正確，以免損壞(huai)用(yong)戶設(she)備。

3、檢查安(an)裝(zhuang)(zhuang)是否牢(lao)固，安(an)裝(zhuang)(zhuang)螺絲與電源板器件有無接觸，測(ce)量外殼(ke)與輸(shu)入、輸(shu)出的(de)絕緣(yuan)電阻，以免觸電。

4、為保證使用的安全性和減(jian)少干(gan)擾，請確(que)保接地(di)端可(ke)靠接地(di)。

5、多路輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)的(de)電源一般分(fen)主(zhu)、輔(fu)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)，主(zhu)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)特性優(you)于(yu)輔(fu)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)，一般情況下(xia)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)電流(liu)大的(de)為主(zhu)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)。為保證輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)負載調(diao)整率(lv)和輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)動(dong)態等指標(biao)，一般要(yao)求每路至少帶10%的(de)負載。若(ruo)用(yong)輔(fu)路不用(yong)主(zhu)路，主(zhu)路一定加適(shi)當的(de)假負載。具(ju)體參見相應型號的(de)規(gui)格(ge)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(kan)：打開電(dian)源的(de)(de)外殼，檢查(cha)保險(xian)絲是否熔(rong)斷(duan)，再(zai)觀(guan)察(cha)電(dian)源的(de)(de)內部情況，如(ru)果發現電(dian)源的(de)(de)PCB板上有燒焦處或元(yuan)件(jian)破(po)裂，則應重點(dian)檢查(cha)此(ci)處元(yuan)件(jian)及相關電(dian)路元(yuan)件(jian)。

聞：聞一下電源內(nei)部是(shi)否(fou)有糊味，檢查是(shi)否(fou)有燒焦的元器(qi)件。

問：問一下電源(yuan)損(sun)壞(huai)的(de)經(jing)過(guo)，是否對電源(yuan)進行違規操作(zuo)。

量：沒通電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)前，用(yong)(yong)(yong)萬用(yong)(yong)(yong)表量一下(xia)(xia)高壓電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)兩(liang)端(duan)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓先。如果是開關(guan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)不起(qi)振或開關(guan)管開路(lu)引起(qi)的(de)故(gu)障，則(ze)(ze)大(da)多數情(qing)況(kuang)下(xia)(xia)，高壓濾(lv)波電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)兩(liang)端(duan)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓未泄(xie)放(fang)悼，用(yong)(yong)(yong)萬用(yong)(yong)(yong)表測量AC電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)線兩(liang)端(duan)的(de)正反向(xiang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)及電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)器(qi)充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)情(qing)況(kuang)，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)值不應(ying)過(guo)低(di)，否則(ze)(ze)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)內部可能存在短路(lu)。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)器(qi)應(ying)能充放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)。脫開負載，分別測量各組輸出(chu)端(duan)的(de)對地電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)，正常時，表針應(ying)有電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)器(qi)充放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)擺動(dong)，最(zui)后指(zhi)示的(de)應(ying)為該(gai)路(lu)的(de)泄(xie)放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)的(de)阻(zu)(zu)值。

2、加電檢測

通電(dian)后觀察(cha)電(dian)源是否有燒(shao)保(bao)險及(ji)個別元(yuan)件(jian)冒煙等(deng)現象，若有要及(ji)時切(qie)斷(duan)供電(dian)進行檢修。

測量高(gao)壓濾(lv)波電容(rong)(rong)兩端有無(wu)300伏輸(shu)出，若(ruo)無(wu)應重點查整流二極管、濾(lv)波電容(rong)(rong)等。

測量高(gao)頻(pin)變壓器次級線圈(quan)有無(wu)輸出(chu)，若無(wu)應重點(dian)查開關管(guan)是否(fou)損壞(huai)，是否(fou)起振，保護電路是否(fou)動作(zuo)等，若有則應重點(dian)檢查各輸出(chu)側(ce)的整(zheng)流二(er)極管(guan)、濾(lv)波(bo)電容、三(san)通穩壓管(guan)等。

如果電(dian)源啟動一(yi)下就(jiu)停止，則該電(dian)源處于保護狀(zhuang)態下，可直(zhi)接測量PWM芯(xin)片保護輸入腳的(de)電(dian)壓(ya)，如果電(dian)壓(ya)超出規(gui)定值，則說(shuo)明電(dian)源處于保護狀(zhuang)態下，應重點檢查產生(sheng)保護的(de)原因。

【開關電源常見故障維修→】

1、開關(guan)電(dian)(dian)源(yuan)是(shi)直(zhi)流電(dian)(dian)轉變為高頻(pin)脈(mo)(mo)沖(chong)電(dian)(dian)流，將電(dian)(dian)能儲(chu)存到電(dian)(dian)感、電(dian)(dian)容(rong)元(yuan)件中，利用電(dian)(dian)感、電(dian)(dian)容(rong)的(de)特(te)性(xing)將電(dian)(dian)能按預定(ding)的(de)要求釋放出來來改(gai)變輸出電(dian)(dian)壓(ya)或(huo)電(dian)(dian)流的(de)；線性(xing)電(dian)(dian)源(yuan)沒有高頻(pin)脈(mo)(mo)沖(chong)和儲(chu)存元(yuan)件，它利用元(yuan)器件線性(xing)特(te)性(xing)在負載變化時瞬間反饋控制(zhi)輸入達(da)到穩定(ding)電(dian)(dian)壓(ya)和電(dian)(dian)流的(de)。

2、開關電源可以(yi)降(jiang)壓，也可以(yi)升壓；線(xian)性電源只能降(jiang)壓。

3、開關(guan)電源效率高；線性(xing)電源效率低。

4、線性電源(yuan)控制(zhi)速度快，波紋小；開(kai)關電源(yuan)波紋大(da)。