DQZHAN技術(shù)訊：開(kāi)關(guān)電源工作原理分析
隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源，進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電源**實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年代開(kāi)關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開(kāi)關(guān)電源，更促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。
開(kāi)關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開(kāi)關(guān)電源。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和**，使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)在不斷地**，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開(kāi)關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。
開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在安防監(jiān)控，節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。
2主要用途開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制、**設(shè)備、科研設(shè)備、LED照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體制冷制熱、空氣凈化器，電子冰箱，液晶顯示器，LED燈具，通訊設(shè)備，視聽(tīng)產(chǎn)品，安防監(jiān)控，LED燈袋，電腦機(jī)箱，數(shù)碼產(chǎn)品和儀器類等領(lǐng)域。
3主要類型現(xiàn)代開(kāi)關(guān)電源有兩種：一種是直流開(kāi)關(guān)電源；另一種是交流開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部結(jié)構(gòu) 開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部結(jié)構(gòu)
這里主要介紹的只是直流開(kāi)關(guān)電源，其功能是將電能質(zhì)量較差的原生態(tài)電源（粗電），如市電電源或蓄電池電源，轉(zhuǎn)換成滿足設(shè)備要求的質(zhì)量較高的直流電壓（精電）。直流開(kāi)關(guān)電源的核心是DC/DC轉(zhuǎn)換器。因此直流開(kāi)關(guān)電源的分類是依賴DC/DC轉(zhuǎn)換器分類的。也就是說(shuō)，直流開(kāi)關(guān)電源的分類與DC/DC轉(zhuǎn)換器的分類是基本相同的，DC/DC轉(zhuǎn)換器的分類基本上就是直流開(kāi)關(guān)電源的分類。
直流DC/DC轉(zhuǎn)換器按輸入與輸出之間是否有電氣隔離可以分為兩類：一類是有隔離的稱為隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器；另一類是沒(méi)有隔離的稱為非隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器。
隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器也可以按有源功率器件的個(gè)數(shù)來(lái)分類。單管的DC/DC轉(zhuǎn)換器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）兩種。雙管DC/DC轉(zhuǎn)換器有雙管正激式（DoubleTransistor Forward Converter），雙管反激式（Double Transistr Flyback Converter）、推挽式（Push-Pull Converter）和半橋式（Half-Bridge Converter）四種。四管DC/DC轉(zhuǎn)換器就是全橋DC/DC轉(zhuǎn)換器（Full-Bridge Converter）。
非隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器，按有源功率器件的個(gè)數(shù)，可以分為單管、雙管和四管三類。開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
單管DC/DC轉(zhuǎn)換器共有六種，即降壓式（Buck）DC/DC轉(zhuǎn)換器，升壓式（Boost）DC/DC轉(zhuǎn)換器、升壓降壓式（Buck Boost）DC/DC轉(zhuǎn)換器、Cuk DC/DC轉(zhuǎn)換器、Zeta DC/DC轉(zhuǎn)換器和SEPIC DC/DC轉(zhuǎn)換器。在這六種單管DC/DC轉(zhuǎn)換器中，Buck和Boost式DC/DC轉(zhuǎn)換器是基本的，Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC轉(zhuǎn)換器是從中派生出來(lái)的。雙管DC/DC轉(zhuǎn)換器有雙管串接的升壓式（Buck-Boost）DC/DC轉(zhuǎn)換器。四管DC/DC轉(zhuǎn)換器常用的是全橋DC/DC轉(zhuǎn)換器（Full-Bridge Converter）。
隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器在實(shí)現(xiàn)輸出與輸入電氣隔離時(shí)，通常采用變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于變壓器具有變壓的功能，所以有利于擴(kuò)大轉(zhuǎn)換器的輸出應(yīng)用范圍，也便于實(shí)現(xiàn)不同電壓的多路輸出，或相同電壓的多種輸出。
在功率開(kāi)關(guān)管的電壓和電流定額相同時(shí)，轉(zhuǎn)換器的輸出功率通常與所用開(kāi)關(guān)管的數(shù)量成正比。所以開(kāi)關(guān)管數(shù)越多，DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出功率越大，四管式比兩管式輸出功率大一倍，單管式輸出功率只有四管式的1/4。
非隔離式轉(zhuǎn)換器與隔離式轉(zhuǎn)換器的組合，可以得到單個(gè)轉(zhuǎn)換器所不具備的一些特性。
按能量的傳輸來(lái)分，DC/DC轉(zhuǎn)換器有單向傳輸和雙向傳輸兩種。具有雙向傳輸功能的DC/DC轉(zhuǎn)換器，既可以從電源側(cè)向負(fù)載側(cè)傳輸功率，也可以從負(fù)載側(cè)向電源側(cè)傳輸功率。
DC/DC轉(zhuǎn)換器也可以分為自激式和他控式。借助轉(zhuǎn)換器本身的正反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管自持周期性開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換器，叫做自激式轉(zhuǎn)換器，如洛耶爾（Royer）轉(zhuǎn)換器就是一種典型的推挽自激式轉(zhuǎn)換器。他控式DC/DC轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)關(guān)器件控制信號(hào)，是由外部專門的控制電路產(chǎn)生的。
按照開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)條件，DC/DC轉(zhuǎn)換器又可以分為硬開(kāi)關(guān)（Hard Switching）開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源
和軟開(kāi)關(guān)（Soft Switching）兩種。硬開(kāi)關(guān)DC/DC轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)器件是在承受電壓或流過(guò)電流的情況下，開(kāi)通或關(guān)斷電路的，因此在開(kāi)通或關(guān)斷過(guò)程中將會(huì)產(chǎn)生較大的交疊損耗，即所謂的開(kāi)關(guān)損耗（Switching loss）。當(dāng)轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)一定時(shí)開(kāi)關(guān)損耗也是一定的，而且開(kāi)關(guān)頻率越高，開(kāi)關(guān)損耗越大，同時(shí)在開(kāi)關(guān)過(guò)程中還會(huì)激起電路分布電感和寄生電容的振蕩，帶來(lái)附加損耗，因此，硬開(kāi)關(guān)DC/DC轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率不能太高。軟開(kāi)關(guān)DC/DC轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)管，在開(kāi)通或關(guān)斷過(guò)程中，或是加于其上的電壓為零，即零電壓開(kāi)關(guān)（Zero-Voltage-Switching，ZVS），或是通過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流為零，即零電流開(kāi)關(guān)（Zero-Current·Switching，ZCS）。這種軟開(kāi)關(guān)方式可以顯著地減小開(kāi)關(guān)損耗，以及開(kāi)關(guān)過(guò)程中激起的振蕩，使開(kāi)關(guān)頻率可以大幅度提高，為轉(zhuǎn)換器的小型化和模塊化創(chuàng)造了條件。功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）是應(yīng)用較多的開(kāi)關(guān)器件，它有較高的開(kāi)關(guān)速度，但同時(shí)也有較大的寄生電容。它關(guān)斷時(shí)，在外電壓的作用下，其寄生電容充滿電，如果在其開(kāi)通前不將這一部分電荷放掉，則將消耗于器件內(nèi)部，這就是容性開(kāi)通損耗。為了減小或消除這種損耗，功率場(chǎng) 效應(yīng)管宜采用零電壓開(kāi)通方式（ZVS）。絕緣柵雙極性晶體管（Insu1ated Gate Bipo1ar tansistor，IGBT）是一種復(fù)合開(kāi)關(guān)器件，關(guān)斷時(shí)的電流拖尾會(huì)導(dǎo)致較大的關(guān)斷損耗，如果在關(guān)斷前使流過(guò)它的電流降到零，則可以顯著地降低開(kāi)關(guān)損耗，因此IGBT宜采用零電流（ZCS）關(guān)斷方式。IGBT在零電壓條件下關(guān)斷，同樣也能減小關(guān)斷損耗，但是MOSFET在零電流條件下開(kāi)通時(shí)，并不能減小容性開(kāi)通損耗。諧振轉(zhuǎn)換器（ResonantConverter ，RC）、準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器（Qunsi-Tesonant Converter，QRC）、多諧振轉(zhuǎn)換器（Mu1ti-ResonantConverter，MRC）、零電壓開(kāi)關(guān)PWM轉(zhuǎn)換器（ZVS PWM Converter）、零電流開(kāi)關(guān)PWM轉(zhuǎn)換器（ZCS PWM Converter）、零電壓轉(zhuǎn)換（Zero-Vo1tage-Transition，ZVT）PWM轉(zhuǎn)換器和零電流轉(zhuǎn)換（Zero- Vo1tage-Transition，ZVT）PWM轉(zhuǎn)換器等，均屬于軟開(kāi)關(guān)直流轉(zhuǎn)換器。電力電子開(kāi)關(guān)器件和零開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器技術(shù)的發(fā)展，促使了高頻開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展。
4基本組成開(kāi)關(guān)電源大致由主電路、開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源
控制電路、檢測(cè)電路、輔助電源四大部份組成。
1、主電路
沖擊電流限幅：限制接通電源瞬間輸入側(cè)的沖擊電流。
輸入濾波器：其作用是過(guò)濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋回電網(wǎng)。
整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電。
逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開(kāi)關(guān)電源的核心部分。
輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。
2、控制電路
一方面從輸出端取樣，與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或脈頻，使輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測(cè)試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對(duì)電源進(jìn)行各種保護(hù)措施。
3、檢測(cè)電路
提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。
4、輔助電源
實(shí)現(xiàn)電源的軟件（遠(yuǎn)程）啟動(dòng)，為保護(hù)電路和控制電路（PWM等芯片）工作供電。
5主要分類人們?cè)陂_(kāi)關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開(kāi)發(fā)相關(guān)電力電子器件，320W單組開(kāi)關(guān)電源 320W單組開(kāi)關(guān)電源
邊開(kāi)發(fā)開(kāi)關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進(jìn)推動(dòng)著開(kāi)關(guān)電源每年以超過(guò)兩位數(shù)字的增長(zhǎng)率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類。
微型低功率開(kāi)關(guān)電源
開(kāi)關(guān)電源正在走向大眾化，微型化。開(kāi)關(guān)電源將逐步取代變壓器在生活中的所有應(yīng)用，低功率微型開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用要首先體現(xiàn)在，數(shù)顯表、智能電表、手機(jī)充電器等方面?，F(xiàn)階段國(guó)家在大力推廣智能電網(wǎng)建設(shè)，對(duì)電能表的要求大幅提高，開(kāi)關(guān)電源將逐步取代變壓器在電能表上面的應(yīng)用。
反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源
反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源與一般串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的區(qū)別是，這種反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源輸出的電壓是負(fù)電壓，正好與一般串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出的正電壓極性相反；并且由于儲(chǔ)能電感L只在開(kāi)關(guān)K關(guān)斷時(shí)才向負(fù)載輸出電流，因此，在相同條件下，反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源輸出的電流比串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出的電流小一倍。
6發(fā)展方向開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展前進(jìn)，每年以超過(guò)兩位數(shù)字的增長(zhǎng)率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/DC變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化，且設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國(guó)內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，并已得到用戶的認(rèn)可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問(wèn)題。另外，開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。
開(kāi)關(guān)電源中應(yīng)用的電力電子器件主要為二極管、IGBT和MOSFET、變壓器。
SCR在開(kāi)關(guān)電源輸入整流電路及軟啟動(dòng)電路中有少量應(yīng)用，GTR驅(qū)動(dòng)困難，開(kāi)關(guān)頻率低，逐漸被IGBT和MOSFET取代。
開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源
由于開(kāi)關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國(guó)外各大開(kāi)關(guān)電源制造商都致力于同步開(kāi)發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體材料上加大科技**，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs)下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。SMT技術(shù)的應(yīng)用使得開(kāi)關(guān)電源取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，在電路板兩面布置元器件，以確保開(kāi)關(guān)電源的輕、小、薄。開(kāi)關(guān)電源的高頻化就必然對(duì)傳統(tǒng)的PWM開(kāi)關(guān)技術(shù)進(jìn)行**，實(shí)現(xiàn)ZVS、ZCS的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)已成為開(kāi)關(guān)電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開(kāi)關(guān)電源的工作效率。對(duì)于高可靠性指標(biāo)，美國(guó)的開(kāi)關(guān)電源生產(chǎn)商通過(guò)降低運(yùn)行電流，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。
模塊化是開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢(shì)，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)成N+1冗余電源系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展。針對(duì)開(kāi)關(guān)電源運(yùn)行噪聲大這一缺點(diǎn)，若單獨(dú)追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上即可實(shí)現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用仍存在著技術(shù)問(wèn)題，故仍需在這一領(lǐng)域開(kāi)展大量的工作，以使得該項(xiàng)技術(shù)得以實(shí)用化。
電力電子技術(shù)的不斷**，使開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。要加快我國(guó)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，就必須走技術(shù)**之路，走出有中國(guó)特色的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合發(fā)展之路，為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
7工作原理開(kāi)關(guān)電源的工作過(guò)程相當(dāng)容易理解，在線性電源中，讓功率晶體管工作在線性模式，與線性電源不同的是，PWM開(kāi)關(guān)電源是讓功率晶體管工作在導(dǎo)通和關(guān)斷的狀態(tài)，在這兩種狀態(tài)中，加在功率晶體管上的伏-安乘積是很小的（在導(dǎo)通時(shí)，電壓低，電流大；關(guān)斷時(shí)，電壓高，電流?。?功率器件上的伏安乘積就是功率半導(dǎo)體器件上所產(chǎn)生的損耗。
與線性電源相比，PWM開(kāi)關(guān)電源更為有效的工作過(guò)程是通過(guò)“斬波”，即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。開(kāi)關(guān)電源伯特圖開(kāi)關(guān)電源伯特圖
脈沖的占空比由開(kāi)關(guān)電源的控制器來(lái)調(diào)節(jié)。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過(guò)變壓器來(lái)升高或降低。通過(guò)增加變壓器的二次繞組數(shù)就可以增加輸出的電壓值。*后這些交流波形經(jīng)過(guò)整流濾波后就得到直流輸出電壓。
控制器的主要目的是保持輸出電壓穩(wěn)定，其工作過(guò)程與線性形式的控制器很類似。也就是說(shuō)控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器，可以設(shè)計(jì)成與線性調(diào)節(jié)器相同。他們的不同之處在于，誤差放大器的輸出（誤差電壓）在驅(qū)動(dòng)功率管之前要經(jīng)過(guò)一個(gè)電壓/脈沖寬度轉(zhuǎn)換單元。
開(kāi)關(guān)電源有兩種主要的工作方式：正激式變換和升壓式變換。盡管它們各部分的布置差別很小，但是工作過(guò)程相差很大，在特定的應(yīng)用場(chǎng)合下各有優(yōu)點(diǎn)。
8工作條件1、開(kāi)關(guān)：電力電子器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)而不是線性狀態(tài)
2、高頻：電力電子器件工作在高頻而不是接近工頻的低頻
3、直流：開(kāi)關(guān)電源輸出的是直流而不是交流
9主要特點(diǎn)1、體積小、重量輕：由于沒(méi)有工頻變壓器，所以體積和重量只有線性電源的20～30%。
2、功耗小、效率高：功率晶體管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以晶體管上的功耗小，轉(zhuǎn) 化效率高，一般為60～70%，而線性電電源只有30～40%。
10工作模式顧名思義，開(kāi)關(guān)電源就是利用電子開(kāi)關(guān)器件（如晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、可控硅閘流管等），開(kāi)關(guān)電源及電路圖開(kāi)關(guān)電源及電路圖
通過(guò)控制電路，使電子開(kāi)關(guān)器件不停地“接通”和“關(guān)斷”，讓電子開(kāi)關(guān)器件對(duì)輸入電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)DC/AC、DC/DC電壓變換，以及輸出電壓可調(diào)和自動(dòng)穩(wěn)壓。[1]
開(kāi)關(guān)電源一般有三種工作模式：頻率、脈沖寬度固定模式，頻率固定、脈沖寬度可變模式，頻率、脈沖寬度可變模式。前一種工作模式多用于DC/AC逆變電源，或DC/DC電壓變換；后兩種工作模式多用于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。另外，開(kāi)關(guān)電源輸出電壓也有三種工作方式：直接輸出電壓方式、平均值輸出電壓方式、幅值輸出電壓方式。同樣，前一種工作方式多用于DC/AC逆變電源，或DC/DC電壓變換；后兩種工作方式多用于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。
根據(jù)開(kāi)關(guān)器件在電路中連接的方式，目前比較廣泛使用的開(kāi)關(guān)電源，大體上可分為：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（后面簡(jiǎn)稱變壓器開(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；如果從用途上來(lái)分，還可以分成更多種類。
11使用指南輸出計(jì)算
因開(kāi)關(guān)電源工作效率高，一般可達(dá)到80%以上，故在其輸出電流的選擇上，應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量或計(jì)算用電設(shè)備的*大吸收電流，以使被選用的開(kāi)關(guān)電源具有高的性能價(jià)格比，通常輸出計(jì)算公式為：
Is=KIf
式中：Is—開(kāi)關(guān)電源的額定輸出電流；
If—用電設(shè)備的*大吸收電流；
K—裕量系數(shù)，一般取1.5～1.8；
接地
開(kāi)關(guān)電源比線性電源會(huì)產(chǎn)生更多的干擾，對(duì)共模干擾敏感的用電設(shè)備，應(yīng)采取接地和屏蔽措施，按ICE1000、EN61000、FCC等EMC限制，開(kāi)關(guān)電源均采取EMC電磁兼容措施，因此開(kāi)關(guān)電源一般應(yīng)帶有EMC電磁兼容濾波器。如利德華福技術(shù)的HA系列開(kāi)關(guān)電源，將其FG端子接大地或接用戶機(jī)殼，方能滿足上述電磁兼容的要求。
保護(hù)電路
開(kāi)關(guān)電源在設(shè)計(jì)中必須具有過(guò)流、過(guò)熱、短路等保護(hù)功能，故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)選保護(hù)功能齊備的開(kāi)關(guān)電源模塊，并且其保護(hù)電路的技術(shù)參數(shù)應(yīng)與用電設(shè)備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設(shè)備或開(kāi)關(guān)電源。
接線方法
L：接220v交流火線
N：接220v交流零線
FG：接大地
G：直流輸出的地
+5v：輸出+5V點(diǎn)的端口
ADJ：是在一定范圍內(nèi)調(diào)輸出電壓的，開(kāi)關(guān)電源上輸出的額定電壓本來(lái)出廠時(shí)是固定的，也就是標(biāo)稱額定輸出電壓，設(shè)置此電位器可以讓用戶根據(jù)實(shí)際使用情況在一個(gè)較小的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓，一般情況下是不需要調(diào)整它的。
12維修方法維修步驟
1、修理開(kāi)關(guān)電源時(shí)，首先用萬(wàn)用表檢測(cè)各功率部件是否擊穿短路，開(kāi)關(guān)電源外殼開(kāi)關(guān)電源外殼
如電源整流橋堆，開(kāi)關(guān)管，高頻大功率整流管；抑制浪涌電流的大功率電阻是否燒斷。再檢測(cè)各輸出電壓端口電阻是否異常，上述部件如有損壞則需更換。
2、**步完成后，接通電源后還不能正常工作，接著要檢測(cè)功率因數(shù)模塊（PFC）和脈寬調(diào)制組件（PWM），查閱相關(guān)資料，熟悉PFC和PWM模塊每個(gè)腳的功能及其模塊正常工作的必備條件。
3、然后，對(duì)于具有PFC電路的電源則需測(cè)量濾波電容兩端電壓是否為380VDC左右，如有380VDC左右電壓，說(shuō)明PFC模塊工作正常，接著檢測(cè)PWM組件的工作狀態(tài)，測(cè)量其電源輸入端VC ，參考電壓輸出端VR ，啟動(dòng)控制Vstart/Vcontrol端電壓是否正常，利用220VAC/220VAC隔離變壓器給開(kāi)關(guān)電源供電，用示波器觀測(cè)PWM模塊CT端對(duì)地的波形是否為線性良好的鋸齒波或三角形，如TL494 CT端為鋸齒波，F(xiàn)A5310其CT端為三角波。輸出端V0的波形是否為有序的窄脈沖信號(hào)。
4、在開(kāi)關(guān)電源維修實(shí)踐中，有許多開(kāi)關(guān)電源采用UC38××系列8腳PWM組件，開(kāi)關(guān)電源適配器開(kāi)關(guān)電源適配器
大多數(shù)電源不能工作都是因?yàn)殡娫磫?dòng)電阻損壞，或芯片性能下降。當(dāng)R斷路后無(wú)VC，PWM組件無(wú)法工作，需更換與原來(lái)功率阻值相同的電阻。當(dāng)PWM組件啟動(dòng)電流增加后，可減小R值到PWM組件能正常工作為止。在修一臺(tái)GE DR電源時(shí)，PWM模塊為UC3843，檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)其他異常，在R（220K）上并接一個(gè)220K的電阻后，PWM組件工作，輸出電壓均正常。有時(shí)候由于外圍電路故障，致使VR端5V電壓為0V，PWM組件也不工作，在修柯達(dá)8900相機(jī)電源時(shí)，遇到此情況，把與VR端相連的外電路斷開(kāi)，VR從0V變?yōu)?V，PWM組件正常工作，輸出電壓均正常。
5、當(dāng)濾波電容上無(wú)380VDC左右電壓時(shí)，說(shuō)明PFC電路沒(méi)有正常工作，開(kāi)關(guān)電源電路示意圖開(kāi)關(guān)電源電路示意圖
PFC模塊關(guān)鍵檢測(cè)腳為電源輸入腳VC，啟動(dòng)腳Vstart/control，CT和RT腳及V0腳。修理一臺(tái)富士3000相機(jī)時(shí)，測(cè)試一板上濾波電容上無(wú)380VDC電壓。VC，Vstart/control,CT和RT波形以及V0波形均正常，測(cè)量場(chǎng)效應(yīng)功率開(kāi)關(guān)管G極無(wú)V0 波形，由于FA5331（PFC）為貼片元件，機(jī)器用久后出現(xiàn)V0端與板之間虛焊，V0信號(hào)沒(méi)有送到場(chǎng)效應(yīng)管G極。將V0端與板上焊點(diǎn)焊好，用萬(wàn)用表測(cè)量濾波電容有380VDC電壓。當(dāng)Vstart/control 端為低電平時(shí)，PFC亦不能工作，則要檢測(cè)其端點(diǎn)與外圍相連的有關(guān)電路。
總之，開(kāi)關(guān)電源電路有易有難，功率有大有小，輸出電壓多種多樣。只要抓住其核心的東西，即充分熟悉開(kāi)關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)以及PFC及PWM模塊的特性，它們工作的基本條件，按照上述步驟和方法，多動(dòng)手進(jìn)行開(kāi)關(guān)電源的維修，就能迅速地排除開(kāi)關(guān)電源故障，達(dá)到事半功倍的效果。
維修技巧
開(kāi)關(guān)電源的維修可分為兩步進(jìn)行：
斷電情況下，“看、聞、問(wèn)、量”
看：打開(kāi)電源的外殼，檢查保險(xiǎn)絲是否熔斷，再觀察電源的內(nèi)部情況，如果發(fā)現(xiàn)電源的PCB板上有燒焦處或元件破裂，則應(yīng)重點(diǎn)檢查此處元件及相關(guān)電路元件。資產(chǎn)管理
聞：聞一下電源內(nèi)部是否有糊味，檢查是否有燒焦的元器件。
問(wèn)：?jiǎn)栆幌码娫磽p壞的經(jīng)過(guò)，是否對(duì)電源進(jìn)行違規(guī)操作。
量：沒(méi)通電前，用萬(wàn)用表量一下高壓電容兩端的電壓先。如果是開(kāi)關(guān)電源不起振或開(kāi)關(guān)管開(kāi)路引起的故障，則大多數(shù)情況下，高壓濾波電容兩端的電壓未泄放悼，此電壓有300多伏，需小心。用萬(wàn)用表測(cè)量AC電源線兩端的正反向電阻及電容器充電情況，電阻值不應(yīng)過(guò)低，否則電源內(nèi)部可能存在短路。電容器應(yīng)能充放電。脫開(kāi)負(fù)載，分別測(cè)量各組輸出端的對(duì)地電阻，正常時(shí)，表針應(yīng)有電容器充放電擺動(dòng)，*后指示的應(yīng)為該路的泄放電阻的阻值。
加電檢測(cè)
通電后觀察電源是否有燒保險(xiǎn)及個(gè)別元件冒煙等現(xiàn)象，若有要及時(shí)切斷供電進(jìn)行檢修。
測(cè)量高壓濾波電容兩端有無(wú)300伏輸出，若無(wú)應(yīng)重點(diǎn)查整流二極管、濾波電容等。
測(cè)量高頻變壓器次級(jí)線圈有無(wú)輸出，若無(wú)應(yīng)重點(diǎn)查開(kāi)關(guān)管是否損壞，是否起振，保護(hù)電路是否動(dòng)作等，若有則應(yīng)重點(diǎn)檢查各輸出側(cè)的整流二極管、濾波電容、三通穩(wěn)壓管等。
如果電源啟動(dòng)一下就停止，則該電源處于保護(hù)狀態(tài)下，可直接測(cè)量PWM芯片保護(hù)輸入腳的電壓，如果電壓超出規(guī)定值，則說(shuō)明電源處于保護(hù)狀態(tài)下，應(yīng)重點(diǎn)檢查產(chǎn)生保護(hù)的原因。
13注意事項(xiàng)1、選擇開(kāi)關(guān)電源時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng)
1）選用合適的輸入電壓規(guī)格；
2）選擇合適的功率。為了使電源的壽命增長(zhǎng)，可選用多30%輸出功率額定的機(jī)種。
3）考慮負(fù)載特性。如果負(fù)載是馬達(dá)、燈泡或電容性負(fù)載，當(dāng)開(kāi)機(jī)瞬間時(shí)電流較大，應(yīng)選用合適電源以免過(guò)載。如果負(fù)載是馬達(dá)時(shí)應(yīng)考慮停機(jī)時(shí)電壓倒灌。
4）此外尚需考慮電源的工作環(huán)境溫度，及有無(wú)額外的輔助散熱設(shè)備，在過(guò)高的環(huán)溫電源需減額輸出。環(huán)溫對(duì)輸出功率的減額曲線。
5）根據(jù)應(yīng)用所需選擇各項(xiàng)功能：
保護(hù)功能：過(guò)電壓保護(hù)（OVP）、過(guò)溫度保護(hù)（OTP）、過(guò)負(fù)載保護(hù)（OLP）等。
應(yīng)用功能：信號(hào)功能（供電正常、供電失效）、遙控功能、遙測(cè)功能、并聯(lián)功能等。
特殊功能：功因矯正（PFC）、不斷電（UPS）
6）選擇所需符合的安規(guī)及電磁兼容（EMC）認(rèn)證。
2、使用開(kāi)關(guān)電源之注意事項(xiàng)
1）使用電源前，先確定輸入輸出電壓規(guī)格與所用電源的標(biāo)稱值是否相符；
2）通電之前，檢查輸入輸出的引線是否連接正確，以免損壞用戶設(shè)備；
3）檢查安裝是否牢固，安裝螺絲與電源板器件有無(wú)接觸，測(cè)量外殼與輸入、輸出的絕緣電阻，以免觸電；
4）為保證使用的**性和減少干擾，請(qǐng)確保接地端可靠接地；
5）多路輸出的電源一般分主、輔輸出，主輸出特性優(yōu)于輔輸出，一般情況下輸出電流大的為主輸出。為保證輸出負(fù)載調(diào)整率和輸出動(dòng)態(tài)等指標(biāo)，一般要求每路至少帶10%的負(fù)載。若用輔路不用主路，主路一定加適當(dāng)?shù)募儇?fù)載。具體參見(jiàn)相應(yīng)型號(hào)的規(guī)格書；
6）請(qǐng)注意:電源頻繁開(kāi)關(guān)將會(huì)影響其壽命；
7）工作環(huán)境及帶載程度也會(huì)影響其壽命。[1]
14常見(jiàn)故障保險(xiǎn)絲熔斷
一般情況下，保險(xiǎn)絲熔斷說(shuō)明電源的內(nèi)部線路有問(wèn)題。由于電源工作在高電壓、大電流的狀態(tài)下，電網(wǎng)電壓的波動(dòng)、浪涌都會(huì)引起電源內(nèi)電流瞬間增大而使保險(xiǎn)絲熔斷。重點(diǎn)應(yīng)檢查電源輸入端的整流二極管，高壓濾波電解電容，逆變功率開(kāi)關(guān)管等，檢查一下這此元器件有無(wú)擊穿、開(kāi)路、損壞等。如果確實(shí)是保險(xiǎn)絲熔斷，應(yīng)該首先查看電路板上的各個(gè)元件，看這些元件的外表有沒(méi)有被燒糊，有沒(méi)有電解液溢出，如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)上述情況，則用萬(wàn)用表測(cè)量開(kāi)關(guān)管有無(wú)擊穿短路。需要特別注意的是：切不可在查出某元件損壞時(shí)，更換后直接開(kāi)機(jī)，這樣很有可能由于其它高壓元件仍有故障又將更換的元件損壞，一定要對(duì)上述電路的所有高壓元件進(jìn)行**檢查測(cè)量后，才能徹底排除保險(xiǎn)絲熔斷的故障。
無(wú)直流電壓輸出或電壓輸出不穩(wěn)定
如果保險(xiǎn)絲是完好的，在有負(fù)載情況下，各級(jí)直流電壓無(wú)輸出。這種情況主要是以下原因造成的：電源中出現(xiàn)開(kāi)路、短路現(xiàn)象，過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)電路出現(xiàn)故障，輔助電源故障，振蕩電路沒(méi)有工作，電源負(fù)載過(guò)重，高頻整流濾波電路中整流二極管被擊穿，濾波電容漏電等。在用萬(wàn)用表測(cè)量次級(jí)元件，排除了高頻整流二極管擊穿、負(fù)載短路的情況后，如果這時(shí)輸出為零，則可以肯定是電源的控制電路出了故障。若有部分電壓輸出說(shuō)明前級(jí)電路工作正常，故障出在高頻整流濾波電路中。高頻濾波電路主要由整流二極管及低壓濾波電容組成直流電壓輸出，其中整流二極管擊穿會(huì)使該電路無(wú)電壓輸出，濾波電容漏電會(huì)造成輸出電壓不穩(wěn)等故障。用萬(wàn)用表靜態(tài)測(cè)量對(duì)應(yīng)元件即可檢查出其損壞的元件。
電源負(fù)載能力差
電源負(fù)載能力差是一個(gè)常見(jiàn)的故障，一般都是出現(xiàn)在老式或工作時(shí)間長(zhǎng)的電源中，主要原因是各元器件老化，開(kāi)關(guān)管的工作不穩(wěn)定，沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行散熱等。應(yīng)重點(diǎn)檢查穩(wěn)壓二極管是否發(fā)熱漏電，整流二極管損壞、高壓濾波電容損壞等。

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開(kāi)關(guān)電源工作原理分析