什么是開關(guān)電源

開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新。目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應(yīng)用幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。

開關(guān)電源用途

開關(guān)電源產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制、軍工設(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，視聽產(chǎn)品，安防監(jiān)控，LED燈袋，電腦機箱，數(shù)碼產(chǎn)品和儀器類等領(lǐng)域。

開關(guān)電源種類

開關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/DC變換器現(xiàn)已實現(xiàn)模塊化，且設(shè)計技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準化；AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。

（1）DC/DC變換

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(diào)制方式Ts不變，改變ton（通用），二是頻率調(diào)制方式，ton不變，改變Ts（易產(chǎn)生干擾）。其具體的電路由以下幾類：

A、Buck電路——降壓斬波器，其輸出平均電壓U0小于輸入電壓Ui，極性相同。

B、Boost電路——升壓斬波器，其輸出平均電壓U0大于輸入電壓Ui，極性相同。

C、Buck-Boost電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓U0大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。

D、Cuk電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓U0大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電容傳輸。

（2）AC/DC變換

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變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為，單相、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。

開關(guān)電源的組成

開關(guān)電源大致由主電路、控制電路、檢測電路、輔助電源四大部份組成（如圖）。

（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：其作用是過濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙本機產(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，這是高頻開關(guān)電源的核心部分。

輸出整流與濾波：根據(jù)負載需要，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)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護電路鑒別，提供控制電路對電源進行各種保護措施。

（3）檢測電路

提供保護電路中正在運行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。

（4）輔助電源

實現(xiàn)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(guān)電源工作原理

開關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，通過周期性通斷開關(guān)，控制開關(guān)元件的占空比來調(diào)整輸出電壓。開關(guān)元件以一定的時間間隔重復(fù)地接通和斷開，在開 關(guān)無件接通時輸入電源Vi通過開關(guān)S和濾波電路向負載RL提供能量，當(dāng)開關(guān)S斷開時，電路中的儲能裝置（L1、C2、二極管D組成的電路）向負載RL釋放 在開關(guān)接通時所儲存的能量，使負載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量。

VO=TON/T*Vi；

VO 為負載兩端的電壓平均值；TON 為開關(guān)每次接通的時間；T 為開關(guān)通斷的工作周期；

由式可知，改變開關(guān)接通時間和工作周期的比例，VO間電壓平均值也隨之改變，因此，隨著負載及輸入電源電壓的變化自動調(diào)整TON和T的比例便使輸出電壓VO 維持不變。改變接通時間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法稱為“時間比率控制”（TimeRationControl，縮寫為 TRC）。

按TRC控制原理，有三種方式：

（1）脈沖寬度調(diào)制（PulseWithModulation，縮寫為PWM）：開關(guān)周期恒定，通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式。

（2）脈沖頻率調(diào)制（PulseFrequencyModulation，縮寫為PFM）：導(dǎo)通脈沖寬度恒定，通過改變開關(guān)工作頻率來改變占空比的方式。

（3）混合調(diào)制：導(dǎo)通脈沖寬度和開關(guān)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、選用合適的輸入電壓范圍。以交流輸入為例，常用的輸入電壓規(guī)格有110V，220V，所以相應(yīng)就有了110V、220V交流切換，以及通用輸入電壓（AC：85V-264V）三種規(guī)格。應(yīng)根據(jù)使用地區(qū)選定輸入電壓規(guī)格。

2、選擇合適的功率。開關(guān)電源在工作時會消耗一部分功率，并以熱量的形式釋放出來。為了使電源的壽命增長，建議選用多30%輸出功率額定的機種。

3、考慮負載特性。為了提高系統(tǒng)的可靠性，建議開關(guān)電源工作在50%-80%負載為佳，即假設(shè)所用功率為20W，應(yīng)選用輸出功率為25W-40W的開關(guān)電源。

4、如果負載是馬達、燈泡或電容性負載，當(dāng)開機瞬間時電流較大，應(yīng)選用合適電源以免過載。如果負載是馬達時應(yīng)考慮停機時電壓倒灌。

5、此外尚需考慮電源的工作環(huán)境溫度，及有無額外的輔助散熱設(shè)備，在過高a的環(huán)溫電源需減額輸出。需參考環(huán)溫對輸出功率的減額曲線。

6、根據(jù)應(yīng)用所需選擇各項功能：

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

應(yīng)用功能：信號功能（供電正常、供電失效）、遙控功能、遙測功能、并聯(lián)功能等。

特殊功能：功因矯正（PFC）、不斷電（UPS）

7、選擇所需符合的安規(guī)及電磁兼容（EMC）認證。

根據(jù)使用情況，定出需要的輸出電壓、電流；電源的尺寸、安裝方式和安裝孔位；有幾路輸出，各路輸出是否需要電氣隔離；輸入電壓范圍；根據(jù)環(huán)境溫度，決定開關(guān)電源的降額程度，電源功率；是否需要認證及安規(guī)標(biāo)準；電源的冷卻方式：自然冷卻或強制風(fēng)冷；電磁兼容標(biāo)準。

8、盡量選用廠家的標(biāo)準電源，包括標(biāo)準尺寸和輸出電壓。這樣貨期比較快；相反，特殊的尺寸和輸出電壓，則會延長貨期、增加成本。

9、選擇品牌。開關(guān)電源作為電子設(shè)備的心臟，對電子設(shè)備的安全可靠運行有著至關(guān)重要的作用。所以選擇品牌的開關(guān)電源也很重要。【詳細】

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接觸，測量外殼與輸入、輸出的絕緣電阻，以免觸電。

4、為保證使用的安全性和減少干擾，請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。為保證輸出負載調(diào)整率和輸出動態(tài)等指標(biāo)，一般要求每路至少帶10%的負載。若用輔路不用主路，主路一定加適當(dāng)?shù)募儇撦d。具體參見相應(yīng)型號的規(guī)格書。

6、請注意：電源頻繁開關(guān)將會影響其壽命。工作環(huán)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：打開電源的外殼，檢查保險絲是否熔斷，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)重點檢查此處元件及相關(guān)電路元件。

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：問一下電源損壞的經(jīng)過，是否對電源進行違規(guī)操作。

量：沒通電前，用萬用表量一下高壓電容兩端的電壓先。如果是開關(guān)電源不起振或開關(guān)管開路引起的故障，則大多數(shù)情況下，高壓濾波電容兩端的電壓未泄放悼，用萬用表測量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。脫開負載，分別測量各組輸出端的對地電阻，正常時，表針應(yīng)有電容器充放電擺動，最后指示的應(yīng)為該路的泄放電阻的阻值。

2、加電檢測

通電后觀察電源是否有燒保險及個別元件冒煙等現(xiàn)象，若有要及時切斷供電進行檢修。

測量高壓濾波電容兩端有無300伏輸出，若無應(yīng)重點查整流二極管、濾波電容等。

測量高頻變壓器次級線圈有無輸出，若無應(yīng)重點查開關(guān)管是否損壞，是否起振，保護電路是否動作等，若有則應(yīng)重點檢查各輸出側(cè)的整流二極管、濾波電容、三通穩(wěn)壓管等。

如果電源啟動一下就停止，則該電源處于保護狀態(tài)下，可直接測量PWM芯片保護輸入腳的電壓，如果電壓超出規(guī)定值，則說明電源處于保護狀態(tài)下，應(yīng)重點檢查產(chǎn)生保護的原因。

【開關(guān)電源常見故障維修→】

1、開關(guān)電源是直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l脈沖電流，將電能儲存到電感、電容元件中，利用電感、電容的特性將電能按預(yù)定的要求釋放出來來改變輸出電壓或電流的；線性電源沒有高頻脈沖和儲存元件，它利用元器件線性特性在負載變化時瞬間反饋控制輸入達到穩(wěn)定電壓和電流的。

2、開關(guān)電源可以降壓，也可以升壓；線性電源只能降壓。

3、開關(guān)電源效率高；線性電源效率低。

4、線性電源控制速度快，波紋小；開關(guān)電源波紋大。【詳細】