開關(guān)電源的主要用途、分類及其參數(shù)

開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。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(jìn)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(shí)間，提高個(gè)人設(shè)備維護(hù)技能。

開關(guān)電源產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、LED照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體制冷制熱、空氣凈化器，電子冰箱，液晶顯示器，LED燈具，通訊設(shè)備，視聽產(chǎn)品，安防監(jiān)控，LED燈袋，電腦機(jī)箱，數(shù)碼產(chǎn)品和儀器類等領(lǐng)域。

人們?cè)陂_關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開發(fā)開關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進(jìn)推動(dòng)著開關(guān)電源每年以超過(guò)兩位數(shù)字的增長(zhǎng)率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類。

微型低功率開關(guān)電源

開關(guān)電源正在走向大眾化，微型化。開關(guān)電源將逐步取代變壓器在生活中的所有應(yīng)用，低功率微型開關(guān)電源的應(yīng)用要首先體現(xiàn)在，數(shù)顯表、智能電表、手機(jī)充電器等方面?，F(xiàn)階段國(guó)家在大力推廣智能電網(wǎng)建設(shè)，對(duì)電能表的要求大幅提高，開關(guān)電源將逐步取代變壓器在電能表上面的應(yīng)用。

反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源

反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源與一般串聯(lián)式開關(guān)電源的區(qū)別是，這種反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源輸出的電壓是負(fù)電壓，正好與一般串聯(lián)式開關(guān)電源輸出的正電壓極性相反；并且由于儲(chǔ)能電感L只在開關(guān)K關(guān)斷時(shí)才向負(fù)載輸出電流，因此，在相同條件下，反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源輸出的電流比串聯(lián)式開關(guān)電源輸出的電流小一倍。

開關(guān)電源的性能指標(biāo)可分為輸入、輸出、保護(hù)、顯示和指示功能、系統(tǒng)功能、電氣絕緣和電磁兼容等：

1.開關(guān)電源的電氣性能指標(biāo)。

①輸入特性：輸入電壓類型及電壓范圍，電網(wǎng)頻率，諧波失真。

輸入部分包含的一般參數(shù)主要有：輸入電壓范圍，輸入電流，輸入頻率，待機(jī)功耗，沖擊電流，啟動(dòng)電流，PF值等等。

輸入電壓，電源是電能轉(zhuǎn)換的裝置，既然提到轉(zhuǎn)換，那說(shuō)提供的電也是多種多樣的。如我國(guó)的市電是220V 50HZ的交流電，有些國(guó)家使用的是110V 60HZ的交流電，如汽車上使用的是蓄電池，蓄電池的電壓也多種多樣，12V 24V 36V等等，地鐵上使用的又是110V的直流電，通信上又使用-48V等等等等。

按照一般的劃分，電源的輸入可大致分為直流輸入和交流輸入，這就造成了電源輸入的多種多樣。我們生活中能見到的電源的銘牌都會(huì)標(biāo)注一個(gè)輸入電壓范圍：如部分標(biāo)識(shí)為 輸入 100-240VAC，就是說(shuō)，這個(gè)是兼容110VAC和220VAC兩種電壓。有的時(shí)候這種電源上會(huì)有一個(gè)小開關(guān)，波過(guò)來(lái)是使用110VA交流電，撥過(guò)去又使用220VAC交流電，這個(gè)開關(guān)是不能波動(dòng)錯(cuò)誤的，原因請(qǐng)看圖：

圖上的開關(guān)S，起到雙電壓切換的功能，它的功能就是在110VAC輸入時(shí)，它通過(guò)開關(guān)使電壓翻倍，達(dá)到主功率部分的DC電壓在設(shè)計(jì)時(shí)的正常工作電壓，這樣電源工作就正常了。當(dāng)在220VAC輸入時(shí)，開關(guān)斷開，這時(shí)的電壓也是滿足設(shè)計(jì)時(shí)DC高壓部分的工作電壓的。如果在220VAC輸入時(shí)，我們把開關(guān)閉合，這樣電壓翻倍，DC高壓部分的電壓會(huì)高出設(shè)計(jì)的兩倍，這樣電源就會(huì)損壞。這樣做的目的就是為了兼容110VAC和220VAC兩種電壓，成本還較低。缺點(diǎn)就是更換使用地域時(shí)必須確認(rèn)輸入電壓是多少，不能切換錯(cuò)誤。

對(duì)于那種沒有電壓切換開關(guān)的，銘牌上還標(biāo)識(shí)著輸入電壓：100VAC-240VAC的，這是自適應(yīng)的電源，不用人工干預(yù)的。

還有就是電源在進(jìn)行出廠測(cè)試時(shí)，測(cè)試的輸入電壓都會(huì)比銘牌標(biāo)識(shí)的寬，一般標(biāo)識(shí)100VAC-240VAC的，會(huì)測(cè)試的范圍為85-265或者90-264，當(dāng)然測(cè)試頻率也會(huì)比銘牌上標(biāo)識(shí)的50-60HZ寬一些，為：47-63（最多）或者47-440（較少）。

有的銘牌上標(biāo)識(shí)著輸入：110VAC或者220VAC，這就是單一為某個(gè)國(guó)家或地區(qū)定制電源，是不能交換使用的，一點(diǎn)不按銘牌規(guī)定使用，輕則電源不工作，重則電源損壞造成損失。標(biāo)識(shí)為110VAC的，一般測(cè)試范圍為85-165VAC，標(biāo)識(shí)為220VAC的，測(cè)試范圍一般為175-265VAC。

②輸出特性：額定輸出電壓，額定輸出電流，穩(wěn)壓精度（電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率），瞬態(tài)響應(yīng)，輸出紋波電壓及紋波電流，輸出噪聲電壓。

輸出部分主要包括：輸出電壓及輸出電壓的精度，額定輸出電流，負(fù)載效應(yīng)，源效應(yīng)，啟動(dòng)延遲時(shí)間，關(guān)機(jī)保持時(shí)間，開機(jī)過(guò)沖電壓，輸出紋波及噪聲，容性負(fù)載能力，動(dòng)態(tài)響應(yīng)（過(guò)沖幅度及恢復(fù)時(shí)間），效率等。

電源設(shè)備的直流輸入電流是有要求，像我們常見的手機(jī)直沖，座充，傻充，電腦電源，筆記本適配器，MP3充電器等等等等，都會(huì)標(biāo)注一個(gè)輸入電流，那么我們?cè)趺蠢斫膺@個(gè)值呢？

（1）我們先看下直流輸入的電源，它所標(biāo)注的電流值是個(gè)什么概念。

說(shuō)到直流電源，它也會(huì)有個(gè)直流電壓輸入范圍，如車用充電器為了兼容大部分車輛，都會(huì)做成9-36V的寬范圍輸入電壓，這樣，12V的電池組還是24V的電池組都可以適用這個(gè)充電器了。它上面標(biāo)注的電流首先應(yīng)滿足額定功率輸出，最低輸入（在這里指9V輸入電壓）下的輸入電流的有效值，這時(shí)，用額定輸出功率除以此時(shí)的效率在除以輸入電壓的值就是此時(shí)輸入電流的有效值。當(dāng)然，銘牌上標(biāo)注的值肯定會(huì)比這個(gè)值大得多，這又是為什么呢？

我們看看電源的輸入端，有個(gè)較大的電容C2，在通電之前，這個(gè)電容是沒有電壓的，通電后，電容在瞬間相當(dāng)于短路狀態(tài)，這一瞬間的電流就是沖擊電流，通常會(huì)有輸入電流的好幾倍或幾十倍。為了抑制這一狀態(tài)，有在輸入部分增加負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻做為抑制浪涌電流的方法，也有其他電路的。各有優(yōu)缺點(diǎn)。

除了電容方面的原因，還有壓敏電阻以及瞬態(tài)吸收二極管等元件，這些元件在與吸收浪涌電壓的同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的電流：

此圖雖然是現(xiàn)實(shí)輸入電壓是交流電，與直流電的效果是相同的。

吸收時(shí)產(chǎn)生的電流狀況如下：

這個(gè)電流值也會(huì)體現(xiàn)在輸入電流中。

除以上幾點(diǎn)，還有就是啟動(dòng)電流：?jiǎn)?dòng)電流，顧名思義，就是電源在啟動(dòng)輸出時(shí)，產(chǎn)生的輸入電流。我們可以想象一下，電源在通電的瞬間，是沒有輸出的。因?yàn)槟阃娏?，控制電路開始工作后，輸出才一點(diǎn)一點(diǎn)的建立，在這個(gè)建立的過(guò)程中，如果沒有軟啟動(dòng)電路，那控制電路就會(huì)以最高速度建立輸出，知道輸出正常，才達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)。就是這個(gè)建立的過(guò)程，也會(huì)產(chǎn)生很大的啟動(dòng)電流。如果軟起電路做的OK，那啟動(dòng)電流就會(huì)很小，甚至比穩(wěn)定后的電流還小。

（2）：交流輸入電源銘牌上所標(biāo)的輸入電流

交流輸入電源銘牌上所標(biāo)的輸入電流，與直流情況有些區(qū)別。它還要考慮到另外一個(gè)輸入?yún)?shù)：PF值。PF指的是輸入功率因數(shù)。在沒有功率因數(shù)校正的情況下，波形如下

在功率因數(shù)校正后，波形如下：

我們明顯可以看出，在第一張圖中，電壓電流不同相位，這樣會(huì)使無(wú)功功率增大，輸入的電流也會(huì)增大。而校正后的電壓電流相位基本相同，輸入的電流也會(huì)相對(duì)小一些。這也是我們按照電源銘牌上標(biāo)識(shí)的參數(shù)計(jì)算得出的輸入電流比銘牌上標(biāo)識(shí)的要小的多的原因之一。

綜合上面的說(shuō)明，就可以知道了輸入電流這個(gè)參數(shù)主要由那些因素決定了。這樣我們?cè)谶x擇保險(xiǎn)管的時(shí)候，就會(huì)在多考慮一些，是不是滿足最低電壓輸入，最高功率輸出所簡(jiǎn)單計(jì)算出來(lái)的電流值了。

③電氣絕緣。開關(guān)電源的電氣絕緣是安全指標(biāo)中的重要內(nèi)容，出廠的開關(guān)電源必須經(jīng)過(guò)電氣絕緣試驗(yàn)，才能夠投入市場(chǎng)使用。交流輸入端對(duì)直流輸出端的電氣絕緣測(cè)試、漏電流測(cè)試。

④控制方式及控制功能：電壓型控制方式，電流型控制方式，外部關(guān)斷功能，遠(yuǎn)程遙控功能，數(shù)控功能。

⑤保護(hù)功能：開關(guān)電源必須有完善的保護(hù)措施，常有的保護(hù)是過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、放反接的極性保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)等。必要時(shí)還可增加輸入、輸出電壓及電流監(jiān)視器，保護(hù)繼電器，報(bào)警器，自動(dòng)/手動(dòng)復(fù)位電路等。有條件的還應(yīng)對(duì)樣機(jī)進(jìn)行電磁兼容性試驗(yàn)。

2.機(jī)械性能指標(biāo)。體積、重量等。

3.環(huán)境工作條件。環(huán)境溫度、存儲(chǔ)溫度、相對(duì)濕度、高度、散熱條件（自然冷卻、風(fēng)扇冷卻）等。

4.可靠性指標(biāo)?？煽啃灾笜?biāo)通常用平均故障間隔時(shí)間（Mean TIme Between Failures，MTBF）來(lái)表示。MTBF一般應(yīng)大于100000小時(shí)。開關(guān)電源中的輸入、輸出、保護(hù)、電氣絕緣和電磁兼容是電源的基本要求，顯示和指示功能、系統(tǒng)功能是通信的特殊要求。在一般電源規(guī)范中，還有電源工作的環(huán)境條件、結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量等，由此決定電源的冷卻和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及元器件的選擇。電源設(shè)計(jì)者必須充分研究以上條件，設(shè)計(jì)過(guò)程自始至終貫徹技術(shù)規(guī)范，并且充分考慮研制的開關(guān)電源的生產(chǎn)成本和制造方法，所設(shè)計(jì)的開關(guān)電源才能獲得成功。因此，產(chǎn)品設(shè)計(jì)不同于理論研究，這里電路先進(jìn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)采用成熟的先進(jìn)電路技術(shù)，最低的生產(chǎn)成本，包括器件、制造、結(jié)構(gòu)、勞動(dòng)力、設(shè)備等，直至維護(hù)成本，同時(shí)要達(dá)到最高的可靠性。這樣的產(chǎn)品才能夠生存。

5.成本指標(biāo)：在保證性能指標(biāo)的前提下，應(yīng)盡量降低開關(guān)電源的成本以提高其性價(jià)比，為實(shí)現(xiàn)商品化創(chuàng)造條件。