一、簡介

電源是各種電子設(shè)備必不可缺的組成部分，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)及能否安全可靠地工作。由于開關(guān)電源內(nèi)部關(guān)鍵元器件工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，功耗小，轉(zhuǎn)化率高，且體積和重量只有線性電源的20%—30%，故目前它已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。

電子設(shè)備電氣故障的檢修，本著從易到難的原則，基本上都是先從電源入手，在確定其電源正常后，再進行其他部位的檢修，且電源故障占電子設(shè)備電氣故障的大多數(shù)。故了解開頭電源基本工作原理，熟悉其維修技巧和常見故障，有利于縮短電子設(shè)備故障維修時間，提高個人設(shè)備維護技能。

二.開關(guān)電源的組成

開關(guān)電源大至由主電路、控制電路、檢測電路、輔助電源四大部份組成，見圖1。

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(fù)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。

三.開關(guān)電源的工作原理

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(fù)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(fù)載RL釋放在開關(guān)接通時所儲存的能量，使負(fù)載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量。

VO=TON/T*Vi

VO 為負(fù)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(fù)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。高頻開關(guān)電源是一種通過MOSFET或IGBT的高頻工作，開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi)，實現(xiàn)高效率和小型化。

交流電源輸入整流濾波成直流，通過高頻脈沖寬度調(diào)制信號控制開關(guān)管，過濾掉電源對電網(wǎng)的干擾，將直流加到開關(guān)變壓器初級上，開關(guān)頻率越高體積就越小，開關(guān)變壓器次級有一個或多個繞組感應(yīng)出高頻電壓，經(jīng)整流濾波供給負(fù)載，輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路并控制脈沖寬度調(diào)制占比來以達到穩(wěn)定輸出的目的。

由于沒有工頻變壓器，體積和重量只有線性電源的20~30%。

功耗小，轉(zhuǎn)化效率高，一般為60~70%。

開關(guān)電源是一個能量轉(zhuǎn)換器，作為電源的功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)(開關(guān)管、電感、高頻變壓器、電容、整流二極管)-開或關(guān)狀態(tài)，其特點是頻率高、功耗低、工作效率高、體積小、輸入范圍寬(Switching Regulator -- A switching circuit that operates in a closed loop system to regulate the power supply output)通過閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)，使輸出電壓保持穩(wěn)定。

高頻開關(guān)電源工作原理