開關電路的原理

開關電路的原理主要涉及開關電源的工作方式，其核心組成部分包括輸入電路、變換電路、輸出電路和控制電路。開關電源的基本工作原理是通過功率開關管的開關動作，將輸入電壓切換為高頻脈沖信號，這個高頻脈沖信號經(jīng)過變壓器或電感器的變換和濾波電路的處理，最終得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。12

開關管的兩種主要狀態(tài)是導通和截止狀態(tài)，當開關管處于導通狀態(tài)時，電源內(nèi)部的電能通過開關管傳遞到輸出電容器中儲存，而當開關管處于截止狀態(tài)時，輸出電容器中儲存的電能則釋放到負載中，這樣就能實現(xiàn)對輸出電壓和電流的精確控制。

此外，開關電源的效率較高，因為它在變壓器變壓電路中將交流電轉化為高頻交流電，這樣可以顯著提高效率，減小變壓器體積，并降低生產(chǎn)成本。開關電源還包含多種保護電路，如輸入過欠壓保護、輸出過欠壓保護、輸出過流保護和輸出短路保護等，以增強電源的可靠性和安全性。

不同類型的開關電路，如繼電器開關、場效應晶體管開關、雙極晶體管開關和MOS管開關等，它們的工作原理各異，但共同點在于利用高速開關特性來控制電路的通斷，從而實現(xiàn)對電流和電壓的控制。

開關電源是一種交直流電轉換的電源裝置，它通過開關管的開關動作，以高頻率將輸入電壓切換為脈沖信號，然后通過整流濾波電路將其轉換為直流電壓輸出。開關電源具有高效率、小體積、輕重量、穩(wěn)定性好等特點。

開關電源工作原理

開關電源的基本工作原理是通過開關管的開關動作，將輸入電壓切換為高頻脈沖信號。這個高頻脈沖信號經(jīng)過變壓器或電感器的變換和濾波電路的處理，最終得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。開關電源的輸出電壓可以根據(jù)需要進行調整和穩(wěn)定，以滿足不同設備的電源需求。開關電源具有許多優(yōu)點，包括高效率、穩(wěn)定性好、體積小、重量輕、可靠性高等。它廣泛應用于電子設備、通信設備、計算機設備、工業(yè)控制系統(tǒng)等領域，成為現(xiàn)代電子技術中常見的電源類型之一。

開關電源分類

開關電源可以根據(jù)不同的分類標準進行分類，以下是幾種常見的分類方式：

1.按輸入電源類型分類分為：

AC-DC開關電源：將交流電轉換為直流電。

DC-DC開關電源：將直流電轉換為另一種直流電壓。

2.按工作方式分類：

單端開關電源：只有一個開關管，適用于低功率應用。

雙端開關電源：有兩個開關管，適用于高功率應用。

3.按拓撲結構分類：

按照拓撲大致可分為 Buck (降壓)、Boost(升壓)、Buck-Boost(降壓-升壓)、Flyback(反激)、Forward(正激)、Two-Transistor Forward(雙晶體管正激)、Push-Pull(推挽)、Half Bridge(半橋)、Full Bridge (全橋)等，這些分類方式只是其中的一部分，開關電源還可以根據(jù)其他特定的要求和應用進行更詳細的分類。

接下來我們針對常用的Flyback(反激)、Forward(正激)做一些介紹，正激和反激是兩種不同的開關電源技術，正激式開關電源是指使用正激高頻變壓器隔離耦合能量的開關電源，與之對應的有反激式開關電源。

正激式開關電源

正激式開關電源中結構比較復雜，但輸出功率很高，適用于100W-300W的開關電源，一般用在低壓，大電流的開關電源，應用比較廣泛。

如下圖所示，對于正激式開關電源具體是指當開關管接通時，輸出變壓器充當介質直接耦合磁場能量，電能與磁能相互轉化，使輸入輸出同時進行。在日常應用中也存在不足：如需要增加反電動勢繞組(防止變壓器初級線圈產(chǎn)生的反電動勢把開關管擊穿)，次級多加1個電感進行儲能濾波，因此相比反激式開關電源而言其成本較高，而且正激式開關電源變壓器的體積要比反激式開關電源變壓器的體積大。

反激式開關電源

如下圖所示，反激式開關電源是指使用反激高頻變壓器隔離輸入輸出回路的開關電激，它的變壓器不僅起到變換電壓傳輸能量的作用，同時還起到儲能電感的作用，因此，反激式變壓器類似于電感的設計。所有電路比較簡單，容易控制，反激式在5W-100W的小功率方面應用非常廣泛。對于反激式開關電源，當開關管導通時，變壓器原邊電感電流上升，由于反激電路輸出線圈同名端相反，因此輸出二極管截止，變壓器儲存能量，負載由輸出電容進行能量供應，當開關管截止時，變壓器原邊電感感應電壓反向，此時輸出二極管導通，變壓器的能量通過二極管向負載供電，同時對電容充電。

由對比可知，正激的變壓器只有變壓功能，整體可以看成一個帶變壓器的buck電路。反激的變壓器可以看作一個帶變壓功能的電感，是一個buck-boost電路。總的來說，正激反激工作原理不同，正激是初級工作次級也工作，次級不工作有續(xù)流電感續(xù)流，一般是CCM模式。功率因數(shù)一般不高，而且輸入輸出和變比占空比成比例。反激是初級工作，次級不工作，兩邊獨立開來,一般DCM模式下，但是變壓器的電感會比較小，而且需要加氣隙,所以通常適合中小功率情況。

正激變壓器是理想的，不儲能，但是由于勵磁電感是有限值，勵磁電流使得磁芯會大，為避免磁通飽和，變壓需要輔助繞組進行磁通復位。反激變壓器工作形式可以看作耦合電感，電感先儲能再放能，由于反激變壓器的輸入、輸出電壓極性相反，故當開關管斷開之后，次級可以提供磁芯一個復位電壓，因而反激變壓器不需額外增加磁通復位繞組。