开关电源主电路
第1节开关电源概述
一、开关电源的构成
开关电源采用功率半导体器件（GTR MOSFETIGBT等）作为调整管，通过控制电路控制调整管的导通时间，使输出电压保持稳定。
开关电源的电路构成如图4-1所示。
AC输入DC输出
图4-1开关电源的电路构成
（一）一次整流/滤波电路
将交流输入电压（通常是市电电网的交流电压220V或380V）进行整流滤波，转化成为直流电压（300V或500V），然后将直流电压供给DC/AC变换器。相比与线性直流稳压电源，开关电源在这一环节可以省去工频变压器，消除了工频变压器带来的损耗。（二）D C/AC变换器
DC/AC变换器的主要作用是将一次整流/滤波电路提供的直流电压变换成高频交流电压（一般频率可达到几十KHZ到几百KHZ甚至更高）。
（三）二次整流/滤波电路
将DC/AC变换器变换输出的高频交流电压进行整流滤波，转化成平滑的直流输出电压。
（四）反馈网络
反馈网络包括基准电压、采样电路和比较电路。采样电路把输出电压的一部分或者全部采样回来，采样到的电压和基准电压送入比较电路进行比较，比较的
结果送给控制电路。
（五）控制电路
控制电路根据反馈网络的结果输出占空比可调的控制脉冲去控制调整管的通断时间，这是所谓的“时间控制法”。
（六）辅助电路
开关电源中常见的其它电路主要有软启动电路、输出过压保护电路、输出过流保护电路、驱动电路等等。
二、开关电源的分类
开关电源的分类方式有很多，可以按激励方式、调制方式、调整管类型、输入电压/输出电压大小、调整管的连接方式和储能电感的连接方式等分类方式进行分类。
（一）按激励方式划分
开关电源按激励方式划分可分为自激式开关电源和它激式开关电源。在自激式开关电源中功率开关管既作为调整管，又兼作控制脉冲信号产生的振荡管。在它激式开关电源中则专门设置有产生控制脉冲信号的控制电路。
（二）按调制方式划分
开关电源按调制方式划分可分为脉宽调制型开关电源、脉频调制型开关电源
和混合调制型开关电源。脉宽调制（PWM指的是控制脉冲周期不变，导通时间改变，进而改变占空比的调制方式。脉频调制（PFM指的是控制脉冲导通时间不变，周期（频率）改变，进而改变占空比的调制方式。混合调制指的是控制脉冲导通时间和周期都改变，进而改变占空比的调制方式。
（三）按调整管的类型划分
开关电源根据调整管的类型不同可分为晶体管（GTR开关电源、场效应管
（MOSFET开关电源和绝缘栅双极型晶体管（IGBT开关电源。
（四）按输入/输出电压大小划分
开关电源按输入电压和输出电压的大小划分可分为降压式开关电源、升压式开关电源和极性反转式开关电源。降压式开关电源的输出电压小于输入电压，升压式开关电源的输出电压大于输入电压，极性反转式开关电源的输出电压和输入电压极性相反。降压式、升压式和极性反转式开关电源都没有实现电气隔离的变
（五）按连接方式划分
开关电源按连接方式可分为单端反激式开关电源、单端正激式开关电源、推
挽式开关电源、半桥式开关电源和全桥式开关电源。其中单端反激式开关电源适用于电气隔离的输出小功率场合，单端正激式开关电源适用于电气隔离的输出较大功率场合，半桥式和全桥式开关电源适用于电气隔离的大功率输出场合（全桥式开关电源的输出功率要比半桥式开关电源的输出功率更大），推挽式开关电源
适用于电气隔离的低电压输入场合。
三、开关电源的设计
（一）确定开关电源的主回路
开关电源的主回路也叫做开关电源拓扑结构，常见的开关电源的拓扑结构主要有以下七种：
（1）降压式变换器
（2）升压式变换器
（3）单端反激式变换器
（4）单端正激式变换器
（5）推挽式变换器
（6）半桥式变换器
（7）全桥式变换器
确定开关电源的拓扑结构的依据主要有两个方面：首先考虑电路是否需要电气隔离，如果电路需要电气隔离，则选择单端反激式变换器、单端正激式变换器、推挽式变换器、半桥式变换器、全桥式变换器中的某一种拓扑结构。如果电路不需要电气隔离，则可选择升压式变换器和降压式变换器。其次考虑电源的输出功率，输出小功率选择单端反激式变换器，输出较大功率选择单端正激式变换器，大功率输出选择半桥式和全桥式变换器，输出功率较大输入电压比较低选择推挽
式变换器
（二）选择控制电路
控制电路按激励方式有自激式和它激式控制电路，其中自激式控制电路通过启动电阻，利用高频变压器的正反馈实现开关管的饱和导通，利用功率管的退饱和特性实现开关管的截止断开。它激式控制电路一般使用的是集成控制电路IC，其中比较常用的集成控制电路有电压型脉宽调制控制电路TL494,电流型脉宽调
制控制电路UC3845
（三）确定辅助电路
开关电源通常由一次整流/滤波电路，功率变换器，控制电路，二次整流/滤波电路，电压反馈网络等组成，其中电路主回路也就是功率变换器是整个开关电源的核心。开关电源除了功率变换器和控制电路以外，还需要一些辅助电路才能保证正常工作。开关电源中常见的辅助电路有：
（1）输入EMI滤波电路
（2）整流/滤波电路
（3）驱动电路
（4）软启动电路
（5）保护电路
（6）电压反馈电路
其中输入EMI滤波电路的主要作用是防止电网的干扰传入设备，干扰设备的正常工作，同样也可防止设备产生的干扰传到电网上，干扰其他设备的正常工作。整流/滤波电路分为一次整流/滤波电路和二次整流/滤波电路，这两种电路的主要区别是工作频率的差异，一次整流/滤波电路工作的频率为电网交流电频率50/60HZ，二次整流/滤波电路工作的频率为开关电源的频率，其频率通常为几十KHZ到几百KHZ甚至更高。驱动电路的主要作用是保证调整管能够有效可靠的工作，使调整管在该关断的时候迅速关断，并在整个关断期间维持关断；在该开通的时候迅速开通，并在整个导通期间维持导通。软启动电路主要防止开关电源开机时的冲击电流，保证开关电源能够正常工作。开关电源的保护电路有很多，比如过压保护电路、欠压保护电路、过流保护电路、过热保护电路等等。电压反馈电路是各类开关电源都必须具有的辅助电路，它通常由采样电路，基准
电压和比较电路组成。
（四）P CB设计
开关电源的主回路、控制电路和辅助电路确定以后，就可以开始绘制电路原理图，然后根据电路原理图创建网络表。在创建网络表的时候需要注意元器件的封装形式，因为在开关电源中很多元器件的封装形式不是标准封装形式，需要自
己定义封装。在定义封装时，根据元器件实际的外形尺寸和引脚位置进行确定。
