開關電源的教學

陳正烈

摘 要：結合實際教學，本文從開關穩(wěn)壓電源的重要性、原理框圖、原理、如何讀電路圖等方面探討如何進行開關電源教學。

關鍵詞：開關電源;原理;原理框圖;電路圖

電子技術教學中，我們有的教師對開關電源部分內容常常忽視，這與目前生產、生活實際是不符，本文根據(jù)自己的教學實踐，對開關電源教學談一些認識。

一、明確開關電源教學的重要性

簡單的分類，直流穩(wěn)壓電源有串聯(lián)型線性直流穩(wěn)壓電源和開關型直流穩(wěn)壓電源。串聯(lián)型線性直流穩(wěn)壓電源由整流、濾波、穩(wěn)壓等部分組成，穩(wěn)壓部分的調整部分工作在線性狀態(tài)，學生易理解，掌握串聯(lián)型線性直流穩(wěn)壓電源的工作原理和進行實際電路分析也是較為容易的。

開關電源（SwitchingMode Power Supply，SMPS）采用“交流→直流→交流→直流”變換技術，是一種組合變流電路，包括由沖擊電流限幅、輸入濾波器、輸入側整流與濾波、逆變、輸出側整流與濾波等部分組成的主電路，以及控制電路、檢測電路、輔助電源四大部份組成。開關電源較直流線性穩(wěn)壓電源復雜，但開關電源功耗小，轉化率高，且體積和重量只有線性電源的20%—30%，目前它已成為穩(wěn)壓電源的主流產品。因此我們在教學時應重視開關電源這部分內容，不要淡化它。

二、讀懂開關電源原理框圖

要理解開關電源工作原理，會分析開關電源電路圖，那就要讀懂開關電源原理框圖。下圖就是典型的開關直流穩(wěn)壓電源原理框圖。

圖1 開關直流穩(wěn)壓電源原理框圖

（一） 框圖組成

框圖由主電路、控制電路、檢測比較放大電路、輔助電源四大部份組成。

1.主電路。主電路即完成“交流→直流→交流→直流”變換的功能電路部分，由沖擊電流限幅、輸入濾波器、輸入側整流與濾波、逆變、輸出側整流與濾波等部分組成;沖擊電流限幅部分功能：限制接通電源瞬間輸入側的沖擊電流;輸入濾波器功能：其作用是過濾電網存在的雜波及阻礙本機產生的雜波反饋回電網;輸入側整流與濾波：將電網送來的交流電直接整流濾波為較平滑的直流電;逆變：利用開關調整電路將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關電源的核心部分;輸出側整流與濾波：根據(jù)負載需要，將高頻交流電進行整流與濾波，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。

2.控制電路。一方面從輸出端取樣，與設定值進行比較，然后去控制逆變器（開關調整電路），改變其脈寬或脈頻，使輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經保護電路鑒別，提供控制電路對電源進行各種保護措施。

3.檢測電路。提供保護電路中正在運行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。

4.輔助電源。實現(xiàn)電源的軟件（遠程）啟動，為保護電路和控制電路（PWM等芯片）工作供電。

（二）開關電源的工作原理

開關電源就是采用功率半導體器件作為開關元件（開關管），開關元件以一定時間間隔重復地接通和斷開，在開關元件接通時輸入側整流濾波的直流電通過逆變器（開關管）、輸出側整流濾波電路向負載提供能量，當開關元件斷開時，電路中的儲能裝置（有電感、電容等組成）向負載釋放開關接通時所儲存的能量，使負載得到連續(xù)穩(wěn)定的能量。

根據(jù)開關電源輸出的直流電壓情況，經過取樣進行檢測比較放大得到反映輸出電壓穩(wěn)定情況的誤差信號，將其送入控制電路產生控制信號，控制信號經驅動電路后對逆變器的開關元件的占空比（導通時間與周期之比）進行控制，這樣傳到輸出端的能量得到調整，即調整輸出電壓使其穩(wěn)定。

三、讀懂開關電源電路圖

讀開關電源電路圖，不要急于弄清某一元器件的作用，要按一定順序逐步進行。首先，找到來自電網的交流電位置（即“信號”入口，）和直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)定電壓輸出位置（“信號”出口）;其次，找到開關電源電路的主電路（“主信號”電路，正向電路），它由沖擊電流限幅、輸入濾波器、輸入側整流與濾波、逆變、輸出側整流與濾波等部分組成;找到反饋控制電路，它由取樣比較放大、時鐘振蕩電路、脈寬（脈頻）調制電路、驅動電路等組成;最后對開關穩(wěn)壓電源的主電路和反饋控制電路的各組成部分進行分析，分析出各部分的功能和作用，具體到每一個元器件的功能和作用;完成以上分析后，引導學生再回頭體會開關穩(wěn)壓電源的原理，會有更深刻的理解。

目前，開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。作為電子技術的教學專業(yè)人員，有必要將開關電源這部分教學內容向學生講清楚，講明白。

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