干货！8款开关电源电路设计、工作原理图详解

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解决方案1：

干货！8款开关电源电路设计、工作原理图详解

开关电源，又称交换式电源、开关变换器，是一种高频化电能转换装置，是电源供应器的一种。其功能是将一个位准的电压，透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。以下是8款典型的开关电源电路设计及其工作原理图的详解。

一、开关式稳压电源的基本工作原理

开关式稳压电源按控制方式分为调宽式和调频式两种。在实际应用中，调宽式使用得较多，且绝大多数开关电源集成电路为脉宽调制型（PWM）。调宽式开关稳压电源的基本原理是：通过调整脉冲宽度来改变输出电压。对于单极性矩形脉冲，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，直流平均电压值就越高。

二、开关式稳压电源的原理电路

1. 基本电路

开关电源的基本电路框图如下所示。交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进入高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。

2. 单端反激式开关电源

单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。当开关管VT1导通时，高频变压器T初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时，变压器T初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1整流和电容C滤波后向负载输出。

单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路，输出功率为20-100W，可以同时输出不同的电压，且有较好的电压调整率。缺点是输出的纹波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。

3. 单端正激式开关电源

单端正激式开关电源的典型电路如图四所示。当开关管VT1导通时，VD2也导通，电网向负载传送能量，滤波电感L储存能量；当开关管VT1截止时，电感L通过续流二极管VD3继续向负载释放能量。电路中设有钳位线圈与二极管VD2，可将开关管VT1的最高电压在两倍电源电压之间。为满足磁芯复位条件，脉冲的占空比不能大于50%。

单端正激式开关电源输出功率范围大，可输出50-200W的功率。但使用的变压器结构复杂，体积较大，实际应用较少。

4. 自激式开关稳压电源

自激式开关稳压电源的典型电路如图五所示。这是一种利用间歇振荡电路组成的开关电源，也是目前广泛使用的基本电源之一。当接入电源后，R1给开关管VT1提供启动电流，使VT1开始导通，集电极电流Ic在L1中线性增长，在L2中感应出使VT1基极为正、发射极为负的正反馈电压，使VT1很快饱和。随着C1充电电压的增高，VT1基极电位逐渐变低，致使VT1退出饱和区，Ic开始减小，在L2中感应出使VT1基极为负、发射极为正的电压，使VT1迅速截止，这时二极管VD1导通，高频变压器T初级绕组中的储能释放给负载。

自激式开关电源中的开关管起着开关及振荡的双重作用，省去了控制电路。电路具有输入和输出相互隔离的优点，适用于大功率和小功率电源。

5. 推挽式开关电源

推挽式开关电源的典型电路如图六所示。它属于双端式变换电路，高频变压器的磁芯工作在磁滞回线的两侧。电路使用两个开关管VT1和VT2，在外激励方波信号的控制下交替导通与截止，在变压器T次级绕组得到方波电压，经整流滤波变为所需要的直流电压。

推挽式开关电源的优点是两个开关管容易驱动，主要缺点是开关管的耐压要达到两倍电路峰值电压。电路的输出功率较大，一般在100-500W范围内。

6. 降压式开关电源

降压式开关电源的典型电路如图七所示。当开关管VT1导通时，二极管VD1截止，输入的整流电压经VT1和L向C充电，这一电流使电感L中的储能增加。当开关管VT1截止时，电感L感应出左负右正的电压，经负载RL和续流二极管VD1释放电感L中存储的能量，维持输出直流电压不变。

降压式开关电源使用元件少，只需要利用电感、电容和二极管即可实现。

7. 升压式开关电源

升压式开关电源的稳压电路如图八所示。当开关管VT1导通时，电感L储存能量。当开关管VT1截止时，电感L感应出左负右正的电压，该电压叠加在输入电压上，经二极管VD1向负载供电，使输出电压大于输入电压，形成升压式开关电源。

8. 反转式开关电源

反转式开关电源的典型电路如图九所示。这种电路又称为升降压式开关电源。无论开关管VT1之前的脉动直流电压高于或低于输出端的稳定电压，电路均能正常工作。当开关管VT1导通时，电感L储存能量，二极管VD1截止，负载RL靠电容C上次的充电电荷供电。当开关管VT1截止时，电感L中的电流继续流通，并感应出上负下正的电压，经二极管VD1向负载供电，同时给电容C充电。

三、开关电源发展方向分析

开关电源高频化是其发展的方向。高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了开关电源的发展。开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类。DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化。但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。另外，开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。