开关电源知识详解

开关模式电源（SwitchModepowerSupply，简称SMpS），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。开关电源的输入多半是交流电源（例如市电）或是直流电源，而输出多半是要直流电源的设备，例如个人电脑，而开关电源就进行两者之间电压及电流的转换。

开关电源不同于线性电源，开关电源利用的切换晶体管多半是在全开模式（饱和区）及全闭模式（截止区）之间切换，这两个模式都有低耗散的特点，切换之间的转换会有较高的耗散，但时间很短，因此比较节省能源，产生废热较少。理想上，开关电源本身是不会消耗电能的。电压稳压是透过调整晶体管导通及断路的时间来达到。相反的，线性电源在产生输出电压的过程中，晶体管工作在放大区，本身也会消耗电能。开关电源的高转换效率是其一大优点，而且因为开关电源工作频率高，可以使用小尺寸、轻重量的变压器，因此开关电源也会比线性电源的尺寸要小，重量也会比较轻。

若电源的高效率、体积及重量是考虑重点时，开关电源比线性电源要好。不过开关电源比较复杂，内部晶体管会频繁切换，若切换电流尚加以处理，可能会产生噪声及电磁干扰影响其他设备，而且若开关电源没有特别设计，其电源功率因数可能不高。

下图3和4描述的是开关电源的pWM反馈机制。图3描述的是没有pFC（powerFactorCorrection，功率因素校正）电路的廉价电源，图4描述的是采用主动式pFC设计的中高端电源。

通过图3和图4的比较我们可以看出两者的不同之处：一个具备主动式pFC电路而另一个不具备，前者没有110/220V转换器，而且也没有电压倍压电路。下文我们的重点将会是主动式pFC电源的讲解。

为了让读者能够更好的理解电源的工作原理，以上我们供应的是非常基本的图解，图中并未包含其他额外的电路，比如说短路保护、待机电路以及pG信号发生器等等。当然了，假如您还想了解一下更加详尽的图解，请看图5。假如看不懂也没关系，因为这张图本来就是为那些专业电源设计人员看的。

图5：典型的低端ATX电源设计图

你可能会问，图5设计图中为何没有电压整流电路？事实上，pWM电路已经肩负起了电压整流的工作。输入电压在经过开关管之前将会再次校正，而且进入变压器的电压已经成为方形波。所以，变压器输出的波形也是方形波，而不是正弦波。由于此时波形已经是方形波，所以电压可以轻而易举的被变压器转换为DC直流电压。也就是说，当电压被变压器重新校正之后，输出电压已经变成了DC直流电压。这就是为何很多时候开关电源经常会被称之为DC-DC转换器。

馈送pWM控制电路的回路负责所有要的调节功能。假如输出电压错误时，pWM控制电路就会改变工作周期的控制信号以适应变压器，最终将输出电压校正过来。这种情况经常会发生在pC功耗升高的时，此时输出电压趋于下降，或者pC功耗下降的时，此时输出电压趋于上升。

在看下一页是，我们有必要了解一下以下信息：

★在变压器之前的所有电路及模块称为“primary”（一次侧），在变压器之后的所有电路及模块称为“secondary”（二次侧）;

★采用主动式pFC设计的电源不具备110V/220V转换器，同时也没有电压倍压器;

★关于没有pFC电路的电源而言，假如110V/220V被设定为110V时，电流在进入整流桥之前，电源本身将会利用电压倍压器将110V提升至220V左右;

★pC电源上的开关管由一对功率MOSFET管构成，当然也有其他的组合方式，之后我们将会详解;

★变压器所需波形为方形波，所以通过变压器后的电压波形都是方形波，而非正弦波;

★pWM控制电流往往都是集成电路，通常是通过一个小的变压器与一次侧隔离，而有时候也可能是通过耦合芯片（一种很小的带有LED和光电晶体管的IC芯片）和一次侧隔离;

★pWM控制电路是根据电源的输出负载情况来控制电源的开关管的闭合的。假如输出电压过高或者过低时，pWM控制电路将会改变电压的波形以适应开关管，从而达到校★正输出电压的目的;

下一页我们将通过图片来研究电源的每一个模块和电路，通过实物图形象的告诉你在电源中何处能找到它们。