開關電源簡析
1. 開關(guan)電(dian)源的定(ding)義(yi)：
輸入交流電壓(ya)（AC）經由整流濾波以后可獲得一高壓的直流電壓（DC=1.4AC），此電壓接入交換元件當做開關使用在20KHZ~100KHZ的(de)(de)高(gao)頻狀態。這(zhe)時直(zhi)流(liu)高(gao)壓會被(bei)切割成高(gao)頻的(de)(de)方波(bo)信號(hao)，這(zhe)個方波(bo)信號(hao)經由功率隔離變壓器，在二次側可以(yi)獲(huo)得(de)事先所(suo)設定的(de)(de)電壓值(zhi)，然后再經由整流(liu)與(yu)濾波(bo)就可以(yi)獲(huo)得(de)所(suo)需的(de)(de)直(zhi)流(liu)輸(shu)出電壓。開(kai)關電源的(de)(de)方框圖如下：
2.開關電源的(de)分類：
開關電源按照輸入電壓與輸出電壓的類型可以分為四類，即DC-DC，AC-DC，DC-AC，AC-AC。其中DC-AC，AC-AC在(zai)實際應用(yong)中很(hen)少見到，本文敘述從(cong)略。
2.1 DC/DC變換 是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調制方式Ts不變，改變ton（通用），二是頻率調制方式，ton不變，改變Ts（易產生干擾）。其具體的電(dian)路由以下幾類：
（1） Buck電路――降(jiang)壓(ya)斬波器，其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓Ui，極性相同。
（2） Boost電路――升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于輸入電壓Ui，極性相同。
（3） Buck-Boost電路――降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電(dian)感傳輸。
（4） Cuk電路――降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo 大于或小于輸入電壓UI,極性相反，電容傳輸。
AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負載的稱為“整流”，功率流由負載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標準（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流輸入側必須加EMC濾波及使用符合安全標準的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內部的高頻、高壓、大電流開關動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內部高密度安裝電路設計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關使得電源工作消耗增大，限制了AC/DC變換器模塊(kuai)化的(de)進程，因此必須(xu)采(cai)用電源系統(tong)優(you)化設(she)計(ji)方法(fa)才能使其(qi)工作效率達到一定的(de)滿意程度(du)。
2.3 DC/AC變換；
3.常用(yong)的(de)拓撲結(jie)構(gou)：
3.1 單端反激變換器
其變壓器T1起隔離和傳遞儲存能量的作用，即在開(kai)關管Q開通時Np儲存能量，開關管Q關斷時Np向Ns釋放能量。在輸出端要加由電感器Lo和兩Co電容組成一個低通濾波器，變壓器初級需有Cr、Rr和Dr組成的RCD漏感尖峰吸收電路。輸出回路需有一個整流二極(ji)管D1。由于其變壓器使用有氣隙的磁芯，故其銅損較大，變壓器溫相對較高。并且其輸出的紋波電壓比較大。但其優點就是電路結構簡單，適用于200W以下的(de)電源且(qie)多(duo)路(lu)輸出交調(diao)特性相對較好。
3.2 雙管反激變換器(qi)
其變壓器T1起隔離和傳遞儲存能量的作用，即在開關管Q1、Q2開通時Np儲存能量，開關管Q1、Q2關斷時Np向Ns釋放能量，同時Np的漏感將通過D2、D3返回給輸入，可省去RCD漏感尖峰吸收電路。在輸出端要加由電感器Lo和兩Co電容組成一個低通濾波器。輸出回路需有一個整流二極管D1（最(zui)好使(shi)用(yong)恢(hui)復時間快的整流管）。
a、在任何工作條件下，為使兩個調整管所承受的電壓不會超過Vs+Vd (Vs：輸入電壓；Vd:D2、D3的正向壓降，)，D2、D3必須是快恢(hui)復管（當然用超快恢(hui)復管更好）。
b、在反激開始時，儲存在原邊Np的漏電感的能量會經D2、D3反饋回輸入，系統能(neng)量損失(shi)會小，效(xiao)率高。
c、在與單端反激變換器相比，無需RCD吸(xi)收電路(lu)；功(gong)率(lv)器(qi)件可選擇較低的耐壓(ya)值；功(gong)率(lv)等(deng)級也會很大。
d、在輕載時，如果在“開通”周期儲存在變壓器的原邊繞組顯得過多的能量，那么在“關斷”周期會將過(guo)多的能量(liang)能量(liang)反饋到輸入。
3.3 單端正激變換器
其變壓器T1起隔離和變壓的作用，在輸出端要加一個電感器Lo（續流電感）起能量的儲存及傳遞作用，變壓器初級需有復位繞組Nr（此點上我對一些參考書籍存疑，當然有是最好，實際應用中考慮到變壓器腳位的問題）。在實際使用中，我也發現此繞組也用RCD吸收電路取代亦可，如果芯片的輔助電源用反激(ji)供給則也可削去調整管的部分峰值電(dian)壓（相當一部份復位繞組）。輸出回路需有一個整流二極管D1和一個續流二極管D2。由(you)于其變(bian)壓(ya)器(qi)使用無氣隙的(de)磁芯，故其銅損(sun)較小，變(bian)壓(ya)器(qi)溫升較低。并且其輸(shu)出的(de)紋(wen)波電(dian)壓(ya)較小。
3.4 雙管正激變(bian)換器
其變壓器T1起隔離和變壓的作用，在輸出端要加一個電感器Lo（續流電感）起能量的儲存及傳遞作用，變壓器初級無需再有復位繞組，因為D1、D2的導通限制了兩個調整管關斷時所承受的電壓。輸出回路需有一個整流二極管D3和一個續流二極管D4（其中D3、D4均最好選用恢復時間快的整流管）。輸出濾波電容Co應選擇低ESR（等效電阻）大容(rong)量，有利于(yu)降低紋波電壓（當然這對于(yu)其(qi)它(ta)拓(tuo)撲結構的也是這樣要(yao)求(qiu)）。
a、 在任何工作條件下，為使兩個調整管所承受的電壓不會超過Vs+Vd (Vs：輸入電壓；Vd:D1、D2的正向壓降，)，D1、D2必須是快恢復管
b、 在與單端正激變換器相比，無需復位電路，有利于簡化電路和變壓器設計；功率器件可選擇較低的耐壓值；功率等級也會很大，據我所知現在很多大功率等級的通信電源及電力操作電源都選用了這種電路。
c、兩個調整管工作狀態一致，同時處(chu)通態或斷(duan)態。我個人建議(yi)在大功率等級電源中選用此種電路，主(zhu)要是調整管好選。
3.5 推挽(wan)式(shi)變換(huan)器
其變壓器T1起隔離和傳遞能量的作用。在開關管Q1開通時，變壓器T1的Np1繞組工作并耦合到付邊Ns1繞組，開關管Q關斷時Np向Ns釋放能量；反之亦然。在輸出端由續流電感器Lo和D1、D2付邊整流電路。開關管兩端應加一RC組成的(de)(de)開關管(guan)關斷時所產生(sheng)的(de)(de)尖峰吸收電路。
a、在任何工作條件下，調整管都承受的兩倍的輸入電壓。所以此電路多用于大功率等級的DC/DC電(dian)源中，這樣才有利于選材(cai)料。
b、兩個調整管都是相互交替打開的，所以兩組驅動波形相位差要大于180°（一般書上說差等于180°），因為(wei)要(yao)存在一定死區時間。
3.6 半橋變換器
其變壓器T1起隔離和傳遞能量的作用。開關管Q1導通時，Np繞組上承受一半的輸入電壓，付邊繞組電壓使D1導通；反之亦然。輸出回路D1、D2、Lo、Co共同組(zu)成了整流(liu)濾波電路。
此電路減小了原邊調整管的電壓應力，所以是目前比較成熟和常見的電路；如PC Power 70%以上、電子鎮流器60%都使用此電路。
3.7 全橋變換器
此電路(lu)(lu)多(duo)用于大功率等級電源(yuan)中，目前國(guo)內許多(duo)研究機構都在(zai)此電路(lu)(lu)是做(zuo)改造，但對于多(duo)數(shu)的(de)(de)電源(yuan)生產廠商來說此電路(lu)(lu)成(cheng)熟的(de)(de)產品市場占有(you)率很(hen)低，自身設計投入(ru)開發成(cheng)本會很(hen)高。