开关电源——一般原理、优点和缺点

今天，在任何家用电器或电源中都很难找到铁制变压器。在 1990 年代，它们开始迅速淡出过去，取而代之的是开关转换器或开关电源（缩写为 SMPS）。

开关电源在尺寸、所产生直流电压的质量方面优于变压器，具有多种调节输出电压和电流的选项，并且传统上配备输出过载保护。尽管开关电源被认为是家庭网络中的主要干扰源，但它们的广泛使用是不可逆转的。

变压器供应：

开关电流：

开关电源因半导体开关而无处不在—— 场效应晶体管 和 二极管肖特基……场效应晶体管与扼流圈或变压器一起工作，是每个现代开关电源的核心：在逆变器、焊机、不间断电源、电视、显示器等的内置电源中。 ——现在几乎所有的电压都只使用脉冲转换电路。

脉冲转换器的一般工作原理基于电磁感应定律，与此类似 每个变压器……唯一的区别是，将电源频率为 50 Hz 的交流电压直接施加到传统电源变压器的初级绕组并直接转换（然后，如有必要，进行整流），而在开关电源中，电源电压首先整流并转换为直流，然后转换为脉冲，使用特殊的高频（与 50 赫兹电源相比）电路进一步增加或减少。

开关电源电路包括几个主要部件：市电整流器、开关(或多个开关)、变压器(或扼流圈)、输出整流器、控制单元和稳定和保护单元。整流器、开关和变压器（扼流圈）构成了 SMPS 电路功率部分的基础，而电子块（包括 PWM 控制器）则属于所谓的驱动器。

因此，电源电压通过整流器馈送到电源滤波器的电容器，以这种方式获得恒定电压，其最大值为 305 至 340 伏，具体取决于电源电压的当前平均值 (从 215 到 240 伏）。

整流后的电压以脉冲形式加在变压器（扼流圈）的初级绕组上，其重复频率通常由关键控制电路决定，其持续时间由供电负载的平均电流决定.

频率为几十至几百千赫兹的开关将变压器或扼流圈的初级绕组与滤波电容器接通和断开，从而使变压器或扼流圈磁芯的磁化反转。

变压器和扼流圈的区别：在扼流圈中，将能量从源存储到铁芯和从铁芯通过绕组将能量传输到负载的阶段在时间上是分开的，而在变压器中，这两个阶段是同时发生的。

该扼流圈用于没有电流隔离拓扑的转换器：升压-升压、降压，以及具有反向拓扑电流隔离的转换器。该变压器用于具有以下拓扑的电流隔离的转换器：桥-全桥、半桥-半桥、推挽-推挽、前向-前向。

开关可以是单个开关（升压转换器、正向转换器、升压或降压转换器，不带电流隔离），或者功率部分可以包括多个开关（半桥、桥式、推动）。

开关的控制电路从源的输出接收负载的电压或电压和电流的反馈信号，根据该信号的值，脉冲的宽度（占空比），其控制开关导通状态的持续时间自动调整。

输出安排如下。从变压器或电感器的次级绕组，或从电感器的单个绕组（如果我们谈论的是没有电流隔离的转换器），通过全波整流器的肖特基二极管，脉冲电压被提供给滤波器电容器。

还有一个分压器，从中接收电压反馈信号，也可能存在电流传感器。负载通过附加的输出低通滤波器或直接连接到滤波电容。