開關電源——一般原理、優點和缺點

今天，在任何家用電器或電源中都很難找到鐵製變壓器。在 1990 年代，它們開始迅速淡出過去，取而代之的是開關轉換器或開關電源（縮寫為 SMPS）。

開關電源在尺寸、所產生直流電壓的質量方面優於變壓器，具有多種調節輸出電壓和電流的選項，並且傳統上配備輸出過載保護。儘管開關電源被認為是家庭網絡中的主要干擾源，但它們的廣泛使用是不可逆轉的。

變壓器供應：

開關電流：

開關電源因半導體開關而無處不在—— 場效應晶體管 和 二極管肖特基……場效應晶體管與扼流圈或變壓器一起工作，是每個現代開關電源的核心：在逆變器、焊機、不間斷電源、電視、顯示器等的內置電源中。 ——現在幾乎所有的電壓都只使用脈沖轉換電路。

脈沖轉換器的一般工作原理基於電磁感應定律，與此類似 每個變壓器……唯一的區別是，將電源頻率為 50 Hz 的交流電壓直接施加到傳統電源變壓器的初級繞組並直接轉換（然後，如有必要，進行整流），而在開關電源中，電源電壓首先整流並轉換為直流，然後轉換為脈衝，使用特殊的高頻（與 50 赫茲電源相比）電路進一步增加或減少。

開關電源電路包括幾個主要部件：市電整流器、開關（或開關）、變壓器（或扼流圈）、輸出整流器、控制單元和穩定和保護單元。整流器、開關和變壓器（扼流圈）構成了 SMPS 電路功率部分的基礎，而電子塊（包括 PWM 控制器）則屬於所謂的驅動器。

因此，電源電壓通過整流器饋送到電源濾波器的電容器，以這種方式獲得恆定電壓，其最大值為 305 至 340 伏，具體取決於電源電壓的當前平均值 (從 215 到 240 伏）。

整流後的電壓以脈衝形式加在變壓器（扼流圈）的初級繞組上，其重複頻率通常由關鍵控制電路決定，其持續時間由供電負載的平均電流決定.

頻率為幾十至幾百千赫茲的開關將變壓器或扼流圈的初級繞組與濾波電容器接通和斷開，從而使變壓器或扼流圈磁芯的磁化反轉。

變壓器和扼流圈的區別：在扼流圈中，將能量從源存儲到鐵芯和從鐵芯通過繞組將能量傳輸到負載的階段在時間上是分開的，而在變壓器中，這兩個階段是同時發生的。

該扼流圈用於沒有電流隔離拓撲的轉換器：升壓-升壓、降壓，以及具有反向拓撲電流隔離的轉換器。該變壓器用於具有以下拓撲的電流隔離的轉換器：橋-全橋、半橋-半橋、推挽-推挽、前向-前向。

開關可以是單個開關（升壓轉換器、正向轉換器、升壓或降壓轉換器，不帶電流隔離），或者功率部分可以包括多個開關（半橋、橋式、推動）。

開關的控制電路從源的輸出接收負載的電壓或電壓和電流的反饋信號，根據該信號的值，脈衝的寬度（佔空比），其控制開關導通狀態的持續時間自動調整。

輸出安排如下。從變壓器或電感器的次級繞組，或從電感器的單繞組（如果我們談論的是沒有電流隔離的轉換器），通過全波整流器的肖特基二極管，脈衝電壓被提供給濾波器電容器。

還有一個分壓器，從中接收電壓反饋信號，也可能存在電流傳感器。負載通過附加的輸出低通濾波器或直接連接到濾波電容。