概述串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的工作原理
來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 作者：秩名2013年10月09日 10:37
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[導(dǎo)讀] 顧名思義，開(kāi)關(guān)電源就是利用電子開(kāi)關(guān)器件（如晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、可控硅閘流管等），通過(guò)控制電路，使電子開(kāi)關(guān)器件不停地“接通”和“關(guān)斷”，讓電子開(kāi)關(guān)器件對(duì)輸入電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)DC/AC、DC/DC電壓變換，以及輸出電壓可調(diào)和自動(dòng)穩(wěn)壓。本文將概述關(guān)于串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的工作原理。
關(guān)鍵詞：脈沖調(diào)制開(kāi)關(guān)電源
幾種基本類(lèi)型的開(kāi)關(guān)電源
顧名思義，開(kāi)關(guān)電源就是利用電子開(kāi)關(guān)器件（如晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、可控硅閘流管等），通過(guò)控制電路，使電子開(kāi)關(guān)器件不停地“接通”和“關(guān)斷”，讓電子開(kāi)關(guān)器件對(duì)輸入電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)DC/AC、DC/DC電壓變換，以及輸出電壓可調(diào)和自動(dòng)穩(wěn)壓。
開(kāi)關(guān)電源一般有三種工作模式：頻率、脈沖寬度固定模式，頻率固定、脈沖寬度可變模式，頻率、脈沖寬度可變模式。前一種工作模式多用于DC/AC逆變電源，或 DC/DC電壓變換；后兩種工作模式多用于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。另外，開(kāi)關(guān)電源輸出電壓也有三種工作方式：直接輸出電壓方式、平均值輸出電壓方式、幅值輸出電壓方式。同樣，前一種工作方式多用于DC/AC逆變電源，或DC/DC電壓變換；后兩種工作方式多用于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。
根據(jù)開(kāi)關(guān)器件在電路中連接的方式，目前比較廣泛使用的開(kāi)關(guān)電源，大體上可分為：串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源、并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源、變壓器式開(kāi)關(guān)電源等三大類(lèi)。其中，變壓器式開(kāi)關(guān)電源（后面簡(jiǎn)稱變壓器開(kāi)關(guān)電源）還可以進(jìn)一步分成：推挽式、半橋式、全橋式等多種；根據(jù)變壓器的激勵(lì)和輸出電壓的相位，又可以分成：正激式、反激式、單激式和雙激式等多種；如果從用途上來(lái)分，還可以分成更多種類(lèi)。
串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源
串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的工作原理
圖 1-1-a是串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的最簡(jiǎn)單工作原理圖，圖1-1-a中Ui是開(kāi)關(guān)電源的工作電壓，即：直流輸入電壓；K是控制開(kāi)關(guān)，R是負(fù)載。當(dāng)控制開(kāi)關(guān)K接通的時(shí)候，開(kāi)關(guān)電源就向負(fù)載R輸出一個(gè)脈沖寬度為T(mén)on，幅度為Ui的脈沖電壓Up；當(dāng)控制開(kāi)關(guān)K關(guān)斷的時(shí)候，又相當(dāng)于開(kāi)關(guān)電源向負(fù)載R輸出一個(gè)脈沖寬度為 Toff，幅度為0的脈沖電壓。這樣，控制開(kāi)關(guān)K不停地“接通”和“關(guān)斷”，在負(fù)載兩端就可以得到一個(gè)脈沖調(diào)制的輸出電壓uo 。
圖1-1-b是串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的波形，由圖中看出，控制開(kāi)關(guān)K輸出電壓uo是一個(gè)脈沖調(diào)制方波，脈沖幅度Up等于輸入電壓Ui，脈沖寬度等于控制開(kāi)關(guān)K的接通時(shí)間Ton，由此可求得串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓uo的平均值Ua為：
串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的波形圖
式中Ton為控制開(kāi)關(guān)K接通的時(shí)間，T為控制開(kāi)關(guān)K的工作周期。改變控制開(kāi)關(guān)K接通時(shí)間Ton與關(guān)斷時(shí)間Toff的比例，就可以改變輸出電壓uo的平均值Ua 。一般人們都把 稱為占空比（Duty），用D來(lái)表示，即：
串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓uo的幅值Up等于輸入電壓Ui，其輸出電壓uo的平均值Ua總是小于輸入電壓Ui，因此，串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源一般都是以平均值Ua為變量輸出電壓。所以，串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源屬于降壓型開(kāi)關(guān)電源。
串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源也有人稱它為斬波器，由于它工作原理簡(jiǎn)單，工作效率很高，因此其在輸出功率控制方面應(yīng)用很廣。例如，電動(dòng)摩托車(chē)速度控制器以及燈光亮度控制器等，都是屬于串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用。如果串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源只單純用于功率輸出控制，電壓輸出可以不用接整流濾波電路，而直接給負(fù)載提供功率輸出；但如果用于穩(wěn)壓輸出，則必須要經(jīng)過(guò)整流濾波。
串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的缺點(diǎn)是輸入與輸出共用一個(gè)地，因此，容易產(chǎn)生EMI干擾和底板帶電，當(dāng)輸入電壓為市電整流輸出電壓的時(shí)候，容易引起觸電，對(duì)人身不安全。
串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓濾波電路
大多數(shù)開(kāi)關(guān)電源輸出都是直流電壓，因此，一般開(kāi)關(guān)電源的輸出電路都帶有整流濾波電路。圖1-2是帶有整流濾波功能的串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源工作原理圖。
帶有整流濾波功能的串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源工作原理圖
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