开关电源原理图
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2023年2月25日发(作者：oem和odm)相关开关电源原理及电路图
2012-06-0317:39:37来源:21IC
关键字：开关电源电路图
什么是开关电源?所谓开关电源，故名思议，就是这里有一扇门，一开门电源就通过，一关
门电源就停止通过，那么什么是门呢，开关电源里有的采用可控硅，有的采用开关管，这两
个元器件性能差不多，都是靠基极、(开关管)控制极(可控硅)上加上脉冲信号来完成导通和
截止的，脉冲信号正半周到来，控制极上电压升高，开关管或可控硅就导通，由220V整流、
滤波后输出的300V电压就导通，通过开关变压器传到次级，再通过变压比将电压升高或降
低，供各个电路工作。振荡脉冲负半周到来，电源调整管的基极、或可控硅的控制极电压低
于原来的设置电压，电源调整管截止，300V电源被关断，开关变压器次级没电压，这时各
电路所需的工作电压，就靠次级本路整流后的滤波电容放电来维持。待到下一个脉冲的周期
正半周信号到来时，重复上一个过程。这个开关变压器就叫高频变压器，因为他的工作频率
高于50HZ低频。那么推动开关管或可控硅的脉冲如何获得呢，这就需要有个振荡电路产生，
我们知道，晶体三极管有个特性，就是基极对发射极电压是0.65-0.7V是放大状态，0.7V以
上就是饱和导通状态，-0.1V--0.3V就工作在振荡状态，那么其工作点调好后，就靠较深的
负反馈来产生负压，使振荡管起振，振荡管的频率由基极上的电容充放电的时间长短来决定，
振荡频率高输出脉冲幅度就大，反之就小，这就决定了电源调整管的输出电压的大小。那么
变压器次级输出的工作电压如何稳压呢，一般是在开关变压器上，单绕一组线圈，在其上端
获得的电压经过整流滤波后，作为基准电压，然后通过光电耦合器，将这个基准电压返回振
荡管的基极，来调整震荡频率的高低，如果变压器次级电压升高，本取样线圈输出的电压也
升高，通过光电耦合器获得的正反馈电压也升高，这个电压加到振荡管基极上，就使振荡频
率降低，起到了稳定次级输出电压的稳定，太细的工作情况就不必细讲了，也没必要了解的
那么细的，这样大功率的电压由开关变压器传递，并与后级隔开，返回的取样电压由光耦传
递也与后级隔开，所以前级的市电电压，是与后级分离的，这就叫冷板，是安全的，变压器
前的电源是独立的，这就叫开关电源。
图开关电源原理图1
图开关电源原理图2
图开关电源原理图3
(本文转自电子工程世界：/dygl/2012/0603/article_)
基本电子电路:开关电源讲解
2012-05-2919:55:20来源:21IC
关键字：电子电路开关电源
做硬件工程师的，几乎都碰到过开关电源。网上的资料也很多。笔者也经常接触开关电源，
从工程应用实践中自己总结了一些开关电源的心得。本文力求浅显易懂。但愿对开关电源比
较陌生的工程师能有所帮助。开关电源是一个很大的领域，本文的描述仅见一斑，有不当之
处，望以斧正之。
1：常用的开关电源的原理——单端自激boost升压电路
如上图，开关电源利用电感电流不能瞬间改变的原理，用ctrl信号打开三极管，使得Vin通
过电感和三极管向地流动。由于电感电流不能突变，因此，这个回路不能理解成短路，应理
解成给电感充能。充能是通过电感流过的电流不断增大体现的，电流越大，电感的储能越多。
当电感电流增加到一定程度，用ctrl关闭三极管。则电感电流的回地的路就被切断。同样由
于电感电流不能突变，因此，电流就会通过二极管流向电容。这样就完成一次电感通过二极
管给电容充电的过程。Ctrl信号周期性不停止的复现，宏观上就形成从vin不断流向电容的
电流。这个过程与vout和vin电压孰高孰低无关。意味着可升压，也可降压。
上面说的切断电感电流，迫使电流流向改变，一般叫做“反激”，上图的电感只有一个，反
激点只有一个，叫做单端。有的电路用2个电感，交替进行电流流动。做直流逆变交流时，
一般用2个电感，形成推挽效果。
2：如何实现稳压
上图是原理。由于vout的负载不确定，因此，vout不可能稳定在我们期望的电压上，可能
是升压，也可能是降压。解决这个问题的办法是利用vout的电压进行反馈。当vout电压低
于期望值时，反馈信号就会调整ctrl，使它打开三极管的时间相对延长。则电感充能更多，
从而使vout上升。反过来也一样。
这样ctrl信号就有了个名字，叫pwm。一般是改变它的占空比。当vout电压不够时，增加
pwm信号占空比，使得更多的电能流向vout。
3：占空比
从原理容易理解，pwm信号不能达到100%占空比，那样就真的短路了。当pwm信号占空
比大到一定程度时，也就是刚好有时间让三极管能开关时，电感的充能达到极大值。这个电
能必须能满足后续电路的消耗。这样就能使vout稳定在我们需要的电压上。
4：实用电路
有许多成熟芯片提供Pwm信号的产生，并提供反馈电压调整pwm的占空比，这类芯片叫
开关电源芯片，是专门用来设计开关电源的。下图附一个成熟电路，是笔者在工程中应用的。
这个芯片把三极管集成到芯片内部，因此应用比较简单。因为它能提供的电流很小，是给lcd
供电的。+12V后面还有一个10uF/25V的电容。
5：设计开关电源要注意的几个问题
A：注意电感的选择，应参照芯片资料，切忌理解成输出电流多大就用多大的电感，这是许
多新手容易理解错的地方。例如，输出电流是0.5A，电感可不要选0.5A的哦，要按资料来
选，一般是1A左右。如果电感的电流参数选小了，会很热。二极管也一样，电流参数不能
按最终输出电流选。电感值的大小涉及到饱和电流的问题，即电流大到一定程度后呈现饱和
状态，电流则会瞬间增大，不再受电流不能突变的约束。因此选择电感时，可以比资料的推
荐值稍大一些。因为电感的误差比较大，市场常见的电感是±20%，所以宁大勿小的原则。
买电感时要注意。
B：第1节的图里的三极管，从原理易得：其导通电阻越小越好，开关响应越快越好。这2
个因素是决定效率的最主要的2个方面。一般选择mos管，要注意mos管的导通电阻和栅
极寄生电容。芯片的输出能否驱动得了栅极，如果驱动栅极的能力不够，应使用LM5111等
驱动芯片。
C：开关电源的噪声比较大，尤其它是给后续电路提供电源的，这使得后续电路的电源从骨
子里就带噪声。这种噪声的消除，需要使用滤波电路，必要时用π型滤波。滤波要消耗电能，
这与要达到的稳压效果成为一对矛盾，需要工程师权衡为达到某效果需要付出多大的滤波消
耗。在开关电源后面串联线性电源(例如7805等)不能显著消除噪声。一味加大电容也不是
办法，噪声仍然能够通过。不要期望既不付出电能消耗，又能消除噪声。但是串联电感器件
的滤波电路确实更加节省一些。
D：开关电源两端隔离的做法是用3个线圈共轭，一个用于自激充能，一个用于输出，一个
用于电压反馈。值得一提的是，这种隔离不能消除开关引起的各种噪声。噪声会沿着共轭电
感传递，而且噪声的损耗很小。由于电压反馈变成非直接的反馈，这种电源一般具有较大的
误差，但精度受影响很小，一般都带输出电压调整。市场常见的模块电源一般都带电压微调。
E：开关电源的地的布线。为了减少噪声，需给噪声尽量短的回地路线。第1节的图中用了
2个地符号。这2个地最终要接在一起，需要注意的是，vout后端有个电容，在这个电容的
负端把2个地接在一起。这样，开关芯片的噪声能最大程度的消耗在自己那边，能大大改善
vout的噪声。
F：设计开关电源时，功率设计要至少保留1倍的余地，例如设计5V1A的开关电源，最大
功率输出要能达到2A。不要按需求设计成1A的，那样会使pwm占空比接近最大值，电感、
mos管等都会发热。一般掌握在稳定输出时，pwm在50%或稍小为宜。这样整个电路工作
在一个“比较舒服”的情况下，噪声、发热等各方面综合性能都比较好。
G：开关电源的保护。从第1节的图可以看出，当某种原因造成ctrl电平为常高时，会导致
电感和三极管烧毁。Ctrl常低还好些，但是vin会串到vout上，对后续电路造成欠压供电。
常用的保护是在vin前端串联一个过流保护器件，它一般是热保护，电流过大会断开。过一
会儿又导通。
(本文转自电子工程世界：/dygl/2012/0529/article_)
开关电源测试方案(1)
2012-05-2821:51:30来源:21IC
关键字：开关电源空载额定负载
中心议题：
开关电源测试方案的讨论
解决方案：
使用数字万用表进行测试
采用精度高、分辨率高的仪器仪表
开关电源因其效率高，体积小而被电子企业广泛应用，以下是自己在工作中总结出来的测试
方法和测试项目，在电源设计时若能充分考虑到这些方面，那么其产品将会被越来越多的客
户所使用。
现在的电子产品对电源的要求有所提高，大部分是关心其稳定性，输入电压的范围，输出稳
定性，输出谐波大小，在工作中发现有些电源的纹波较大，导致设备不工作，因此这也是影
响电源发展的一个方面。
电源实际工作在电路中，最关心的还是源效应（电压调整率），因为电路确定后，负载已基
本确定，负载的影响明显小于输入电压对电源的影响，此外还要注意电磁干扰，在电子环境
中，电磁干扰对电源的工作会产生一定的影响，源效应和负载效应小的电源其稳定性较好，
我爱方案网编者认为电子工程师在电源设计中应考虑到这些方面。
一、测试项目
需测项目包括开关电源空载输出、额定负载时电压和电流输出、源效应、负载效应、纹波、
耐压和绝缘电阻、短路保护（或过流保护点）。
测试参考各开关电源给出的详细参数说明书进行。
对于较重要的或功率在几十瓦以上的电源，其效率（或内部功率器件的工作温度）直接决定
了它的可靠性、故障率，应予测试；此外尚有多项其他指标应根据不同要求安排测试，例如
突加负载输出电压的瞬时跌落及其恢复时间、AC/DC电源的输入功率因数和波形峰值比、
电源的各项EMC指标以及温度系数、时间稳定性等。
二、测试要求
1、测试人员需能正确使用数字万用表，识别开关电源的管脚图，能调节功率电源的输出电
压，具有电相关知识。
2、测试仪器要求尽量使用精度高、分辨率高的仪器仪表，根据实际情况，选择使用仪器。
3、一般常规测试是在常温常压下测试的，对测试条件有特殊要求的需在要求条件下进行测
试（比如有的需要模拟工作现场的环境，如室外、阴雨、暴晒等）。
三、测试方法和过程
3.1空载输出电压
将开关电源的输入电压调至开关电源的额定电压，用万用表测试开关电源的输出电压，为了
减小误差，可以多测几组数据（图中的电源开关电源表示所检开关电源）。
图1空载接线原理图
3.2额定负载下开关电源输出
这一步测试包括额定输出电压和电流的测试，首先要确定开关电源的额定负载，一般选择电
阻作为负载。注意选择电阻的功率一定要远大于开关电源的输出功率，以减小电阻的发热，
还可以加一些散热措施，如放置排风扇等。
额定负载计算公式：
R0=U2/P
注：式中R0为额定负载电阻值，U为标称输出电压值，P为额定功率。
确定了额定负载以后，将开关电源额定输入电压接上，接通开关电源的负载回路，在负载回
路中串一电流表（为安全计，推荐采用串入精密分流电阻器测其压降，换算为电流值），测
试回路中的电流，用万用表电压档测试开关电源输出电压。并记录电压电流值。接线图如2
所示，图中R0为额定负载。
图2额定负载接线原理图
3.3源效应（即电压调整率）
源效应为在开关电源的输入电压范围内，输入电压从低到高变化时，输出电压相对于标称输
出的变化量。
将开关电源输入电压分别调至范围的下限和上限，用万用表测开关电源的输出电压并记录。
图3源效应测试
计算公式为：[（Vo1－Vo2）/Vo]*100%
注：Vo1是在输入电压上限时测得的输出电压值，Vo2为在输入电压下限时测得的输出电
压值，Vo为标称输出电压。
3.4负载效应（即电流调整率）
负载效应为开关电源在额定电压工作下，负载从额定负载到半载（或20％负载）变化时，
开关电源输出电压相对于标称值的变化量。
这一步重要的任务是确定负载，负载的百分比是根据电流计算的，也就是半载（或20％负
载）电流占额定电流的百分比。根据计算得来的电流值，推测出电阻值进行选择。
半载情况下负载计算公式：
R1=（U2/P）*2
注：R1为半载下负载电阻，即为额定负载的2倍。
图中R1为推测出的等效负载。
图4负载效应测试
计算公式为：[（Vo’－V额）/Vo]*100%
注：Vo’是在开关电源输出回路中接入了按百分比等效后的电阻后测得的开关电源输出电
压，V额为在额定负载下测得的开关电源输出电压，Vo为标称输出电压。
3.5纹波
开关电源空载至满载，多点或连续均匀变化（一般测试空载、半载、全载三种情况下的纹波）
额定输入电压条件下，将示波器调至20MHZ、交流耦合方式，合适的扫描周期，用示波器
的接地夹夹到开关电源输出的GND端，用表笔接触开关电源输出的Vo端，读出示波器中
最大纹波的峰峰值。
图5纹波测试
对于AC/DC电源，应在满载、示波器扫描速度能显示数个AC周期情况下观察。示波器的
“带宽衰减”应置于关闭（不衰减）状态。
3.6耐压和绝缘电阻
耐压是用耐压测试仪测试的，根据开关电源所给的技术资料，查出耐压的参考值，打开耐压
测试仪的电源，设置参数，包括交/直流、量程、漏流和时间设定，设定好之后，启动耐压
测试仪，观察超漏报警情况，如超漏报警，则漏流电流选的小，增大漏电流或降低测试电压。
需要分别测试1、4与1、2和3、4之间的耐压。
图6耐压测试
绝缘电阻用兆欧表测试，将适当工作电压的兆欧表的两端夹至需要测试的两端，快速摇动手
柄至离合器打滑，读出表值，也可选用电子式兆欧表进行测试。
3.7短路保护特性（或过流保护点）
这要看技术资料上给的说明，比如开关电源说明为：短路保护特性为长期自恢复，可以用导
线连至开关电源的输出端进行测试，长时间（根据需要确定）观察，短路时的电压输出以及
短路排除后的开关电源输出。
图7过流保护点测试参考电路
图中R3表示一个能产生两倍于额定负载的电流（即此时R3的阻值为额定负载的一半），
VO+和VO-分别接开关电源的输出正端和负端。
过流保护点的含义为
当回路中的电流大到一定值时，开关电源截止输出（电子元件技术网提示：注意有些开关电
源的过流保护不是截止型而可能是限流型的）。在开关电源输出回路中串入可变负载（要求
可变范围足够大），通过调节可变负载，来调节回路中的电流，在电流上升期间，注意电流
表的读数，读出在电流变至0（或某极小、较小值）之前的数值，即为开关电源的过流保护
点（此时要注意电阻的散热，因为在过流情况下电阻发热比额定输出时要多）。
四、测试记录与数据处理
每一步测试都要详细记录数据及异常情况，如果有异常情况要分析原因。数据记录以备计算
参数和开关电源的评价而用。
数据的处理：
1、平均值处理
2、源效应计算
公式为：
[（Vo1－Vo2）/Vo]*100%
注：Vo1是在输入电压上限时测得的输出电压值，Vo2为在输入电压下限时测得的输出电
压值，Vo为标称输出电压。
3、负载效应的计算
公式为：
[（Vo’－V额）/Vo]*100%
注：Vo’是在开关电源输出回路中接入了按百分比等效后的电阻后测得的开关电源输出电
压，V额为在额定
(本文转自电子工程世界：/dygl/2012/0528/article_)