原理簡介
開關電源是利用現代電力技術，控制開關晶體管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的壹種電源，開關電源壹般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。
開關電源的工作過程相當容易理解，在線性電源中，讓功率晶體管工作在線性模式，與線性電源不同的是，PWM開關電源是讓功率晶體管工作在導通和關斷的狀態，在這兩種狀態中，加在功率晶體管上的伏-安乘積是很小的（在導通時，電壓低，電流大；關斷時，電壓高，電流小）/功率器件上的伏安乘積就是功率半導體器件上所產生的損耗。
與線性電源相比，PWM開關電源更為有效的工作過程是通過“斬波”，即把輸入的直流電壓斬成幅值等於輸入電壓幅值的脈沖電壓來實現的。脈沖的占空比由開關電源的控制器來調節。壹旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過變壓器來升高或降低。通過增加變壓器的二次繞組數就可以增加輸出的電壓值。最後這些交流波形經過整流濾波後就得到直流輸出電壓。
控制器的主要目的是保持輸出電壓穩定，其工作過程與線性形式的控制器很類似。也就是說控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器，可以設計成與線性調節器相同。他們的不同之處在於，誤差放大器的輸出（誤差電壓）在驅動功率管之前要經過壹個電壓/脈沖寬度轉換單元。
開關電源有兩種主要的工作方式：正激式變換和升壓式變換。盡管它們各部分的布置差別很小，但是工作過程相差很大，在特定的應用場合下各有優點。
電路原理
所謂開關電源[1]，顧名思義，就是這裏有壹扇門，壹開門電源就通過，壹關門電源就停止通過，那麽什麽是門 開關電源電路圖[1]呢，開關電源裏有的采用可控矽，有的采用開關管，這兩個元器件性能差不多，都是靠基極、（開關管）控制極（可控矽）上加上脈沖信號來完成導通和截止的，脈沖信號正半周到來，控制極上電壓升高，開關管或可控矽就導通，由220V整流、濾波後輸出的300V電壓就導通，通過開關變壓器傳到次級，再通過變壓比將電壓升高或降低，供各個電路工作。振蕩脈沖負半周到來，電源調整管的基極、或可控矽的控制極電壓低於原來的設置電壓，電源調整管截止，300V電源被關斷，開關變壓器次級沒電壓，這時各電路所需的工作電壓，就靠次級本路整流後的濾波電容放電來維持。待到下壹個脈沖的周期正半周信號到來時，重復上壹個過程。這個開關變壓器就叫高頻變壓器，因為他的工作頻率高於50HZ低頻。那麽推動開關管或可控矽的脈沖如何獲得呢，這就需要有個振蕩電路產生，我們知道，晶體三極管有個特性，就是基極對發射極電壓是0.65-0.7V是放大狀態，0.7V以上就是飽和導通狀態， -0.1V- -0.3V就工作在振蕩狀態，那麽其工作點調好後，就靠較深的負反饋來產生負壓，使振蕩管起振，振蕩管的頻率由基極上的電容充放電的時間長短來決定，振蕩頻率高輸出脈沖幅度就大，反之就小，這就決定了電源調整管的輸出電壓的大小。那麽變壓器次級輸出的工作電壓如何穩壓呢，壹般是在開關變壓器上，單繞壹組線圈，在其上端獲得的電壓經過整流濾波後，作為基準電壓，然後通過光電耦合器，將這個基準電壓返回振蕩管的基極，來調整震蕩頻率的高低，如果變壓器次級電壓升高，本取樣線圈輸出的電壓也升高，通過光電耦合器獲得的正反饋電壓也升高，這個電壓加到振蕩管基極上，就使振蕩頻率降低，起到了穩定次級輸出電壓的穩定，太細的工作情況就不必細講了，也沒必要了解的那麽細的，這樣大功率的電壓由開關變壓器傳遞，並與後級隔開，返回的取樣電壓由光耦傳遞也與後級隔開，所以前級的市電電壓，是與後級分離的，這就叫冷板，是安全的，變壓器前的電源是獨立的，這就叫開關電源。說到這裏吧。
開關條件
電力電子器件工作在開關狀態而不是線性狀態
高頻條件
電力電子器件工作在高頻而不是接近工頻的低頻
直流條件
開關電源輸出的是直流而不是交流 也可以輸出高頻交流如電子變壓器
各種功能
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開關電源的發展
開關電源的發展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗幹擾和模塊化。由於開關電源輕、小、薄的關鍵技術是高頻化，因此國外各大開關電源制造商都致力於同步開發新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，並在功率鐵氧體（Mn-Zn）材料上加大科技創新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs）下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是壹項關鍵技術。SMT技術的應用使得開關電源取得了長足的進展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關電源的輕、小、薄。開關電源的高頻化就必然對傳統的PWM開關技術進行創新，實現ZVS、ZCS的軟開關技術已成為開關電源的主流技術，並大幅提高了開關電源工作效率。對於高可靠性指標，美國的開關電源生產商通過降低運行電流，降低結溫等措施以減少器件的應力，使得產品的的可靠性大大提高。
模塊化是開關電源發展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統，可以設計成N+1冗余電源系統，並實現並聯方式的容量擴展。針對開關電源運行噪聲大這壹缺點，若單獨追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉換電路技術，在理論上即可實現高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉換技術的實際應用仍存在著技術問題，故仍需在這壹領域開展大量的工作，以使得該項技術得以實用化。
電力電子技術的不斷創新，使開關電源產業有著廣闊的發展前景。要加快我國開關電源產業的發展速度，就必須走技術創新之路，走出有中國特色的產學研聯合發展之路，為我國國民經濟的高速發展做出貢獻。
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功能
DC/DC變換
DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，壹是脈寬調制方式Ts不變，改變ton(通用)，二是頻率調制方式，ton不變，改變Ts（易產生幹擾）。其具體的電路由以下幾類：
Buck電路
——降壓斬波器，其輸出平均電壓
U0小於輸入電壓Ui，極性相同。
Boost電路
——升壓斬波器，其輸出平均電壓 開關電源及電路圖U0大於輸入電壓Ui，極性相同。
Buck－Boost電路
——降壓或升壓斬波器，其
輸出平均電壓U0大於或小於輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。
Cuk電路
——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電
壓U0大於或小於輸入電壓Ui，極性相反，電容傳輸。
還有Sepic、Zeta電路。
隔離型電路
上述為非隔離型電路，隔離型電路有正激電路、反激電路、半橋電路、全橋電路、推挽電路。
當今軟開關技術使得DC/DC發生了質的飛躍，美國VICOR公司設計制造的多種ECI軟開關DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應的功率密度為(6.2、10、17)W/cm3，效率為（80～90）%。日本NemicLambda公司最新推出的壹種采用軟開關技術的高頻開關電源模塊RM系列，其開關頻率為（200～300)kHz，功率密度已達到27W/cm3，采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二極管），使整個電路效率提高到90%。
AC/DC變換
AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負載的稱為“整流”，功率流由負載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標準（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、、FCC、CSA），交流輸入側必須加EMC濾波及使用符合安全標準的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由於內部的高頻、高壓、大電流開關動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內部高密度安裝電路設計提出了很高的要求，由於同樣的原因，高電壓、大電流開關使得電源工作損耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進程，因此必須采用電源系統優化設計方法才能使其工作效率達到壹定的滿意程度。
AC/DC變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數可分為，單相、三相、多相。按電路工作象限又可分為壹象限、二象限、三象限、四象限。
開關電源的選用
開關電源在輸入抗幹擾性能上，由於其自身電路結構的特點（多級串聯），壹般的輸入幹擾如浪湧電壓很難通過，在輸出電壓穩定度這壹技術指標上與線性電源相比具有較大的優勢，其輸出電壓穩定度可達(0.5～1）%。開關電源模塊作為壹種電力電子集成器件，要註意選擇。
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使用指南
提高待機效率的方法
切斷啟動電阻
對於反激式電源，啟動後控制芯片由輔助繞組供電，啟動電阻上壓降為300V左右。設啟動電阻取值為47kΩ，消耗功率將近2W。要改善待機效率，必須在啟動後將該電阻通道切斷。TOPSWITCH，ICE2DS02G內部設有專門的啟動電路，可在啟動後關閉該電阻。若控制器沒有專門啟動電路，也可在啟動電阻串接電容，其啟動後的損耗可逐漸下降至零。缺點是電源不能自重啟，只有斷開輸入電壓，使電容放電後才能再次啟動電路。
降低時鐘頻率
時鐘頻率可平滑下降或突降。平滑下降就是當反饋量超過某壹閾值，通過特定模塊，實現時鐘頻率的線性下降。
切換工作模式
1．QR→PWM對於工作在高頻工作模式的開關電源，在待機時切換至低頻工作模式可減小待機損耗。例如，對於準諧振式開關電源（工作頻率為幾百kHz到幾MHz），可在待機時切換至低頻的脈寬調制控制模式PWM（幾十kHz）。
IRIS40xx芯片就是通過QR與PWM切換來提高待機效率的。當電源處於輕載和待機時候，輔助繞組電壓較小，Q1關斷，諧振信號不能傳輸至FB端，FB電壓小於芯片內部的壹個門限電壓，不能觸發準諧振模式，電路則工作在更低頻的脈寬調制控制模式。
2．PWM→PFM
對於額定功率時工作在PWM模式的開關電源，也可以通過切換至PFM模式提高待機效率，即固定開通時間，調節關斷時間，負載越低，關斷時間越長，工作頻率也越低。將待機信號加在其PW/引腳上，在額定負載條件下，該引腳為高電平，電路工作在PWM模式，當負載低於某個閾值時，該引腳被拉為低電平，電路工作在PFM模式。實現PWM和PFM的切換，也就提高了輕載和待機狀態時的電源效率。
通過降低時鐘頻率和切換工作模式實現降低待機工作頻率，提高待機效率，可保持控制器壹直在運作，在整個負載範圍中，輸出都能被妥善的調節。即使負載從零激增至滿負載的情況下，能夠快速反應，反之亦然。輸出電壓降和過沖值都保持在允許範圍內。
可控脈沖模式（BurstMode）
可控脈沖模式，也可稱為跳周期控制模式（SkipCycleMode）是指當處於輕載或待機條件時，由周期比PWM控制器時鐘周期大的信號控制電路某壹環節，使得PWM的輸出脈沖周期性的有效或失效，這樣即可實現恒定頻率下通過減小開關次數，增大占空比來提高輕載和待機的效率。該信號可以加在反饋通道，PWM信號輸出通道，PWM芯片的使能引腳（如LM2618，L6565）或者是芯片內部模塊（如NCP1200，FSD200，L6565和TinySwitch系列芯片）。
輸出計算
因開關電源工作效率高，壹般可達到80%以上，故在其輸出電流的選擇上，應準確測量或計算用電設備的最大吸收電流，以使被選用的開關電源具有高的性能價格比，通常輸出計算公式為：
Is=KIf
式中：Is—開關電源的額定輸出電流；
If—用電設備的最大吸收電流；
K—裕量系數，壹般取1.5～1.8；
接地
開關電源比線性電源會產生更多的幹擾，對***模幹擾敏感的用電設備，應采取接地和屏蔽措施，按ICE1000、EN61000、FCC等EMC限制，開關電源均采取EMC電磁兼容措施，因此開關電源壹般應帶有EMC電磁兼容濾波器。如利德華福技術的HA系列開關電源，將其FG端子接大地或接用戶機殼，方能滿足上述電磁兼容的要求。
保護電路
開關電源在設計中必須具有過流、過熱、短路等保護功能，故在設計時應首選保護功能齊備的開關電源模塊，並且其保護電路的技術參數應與用電設備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設備或開關電源。
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產品特點
特點介紹
●電壓輸入範圍寬，56VAC到650VAC；
●輸入輸出間隔離電壓達4KVAC；●輸出電壓可調3-20v
●高效率、低噪音、穩定可靠； MSH微型開關電源●選用低阻抗長壽命電解電容；
●內置過流保護，輸出可持續短路；
●輸入、輸出采用直焊式引腳，整體環保真空封裝；
●成本低、體積小、重量輕、外圍電路設計簡單。
●優質的EMC指數，使本開關電源可以放心的應用到各種對EMC要求高的場合，減少對環境的電磁汙染，更加節能環保，利用高頻脈沖變壓器內置屏蔽罩來提高EMC指數。
開關電源的三個條件
1、開關：電力電子器件工作在開關狀態而不是線性狀態
2、高頻：電力電子器件工作在高頻而不是接近工頻的低頻
3、直流：開關電源輸出的是直流而不是交流
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產品測試
耐壓測試
（HI.POT,ELECTRIC STRENGTH ,DIELECTRIC VOLTAGE WITHSTAND）KV
於指定的端子間,例如:I/P-O/P,I/P-FG,O/P-FG間,可耐交流之有效值,漏電流壹般可容許10毫安,時間1分鐘。
測試條件Ta：25℃；RH：室內濕度；測試回路。
說明耐壓測試主要為防止電氣破壞，經由輸入串入之高壓，影響使用者安全。
測試時電壓必須由0V開始調升，並於1分鐘內調至最高點。
放電時必須註意測試器之Timer設定，於OFF前將電壓調回 0V。
安規認證測試時，變壓器需另行加測，室內 ，溫度25℃，RH：95℃，48HR，後測試變壓器初/次級與初級/CORE。
生產線測試時間為1秒鐘。
紋波測試
（漣波雜訊電壓）
（Ripple & Noise）%，mv
直流輸出電壓上重疊之交流電壓成份最大值(P-P)或有效值。
測試條件 I/P: Nominal
開關電源伯特圖 O/P : Full Load
Ta : 25℃
測試回路
測試波形
說明 示波器之GND線愈短愈好,測試線得遠離PUS。
使用1：1之Probe。
Scope之BW壹般設定於20MHz，但是對於目前的網絡產品測試紋波噪聲最好將BW設為最大。
Noise與使用儀器，環境差異極大，因此測試必須表明測試地點。
測試紋波噪聲以不超過原規格值 +1%Vo。
漏電流測試
（洩漏電流） 開關電源電路示意圖（Leakage Current）mA
輸入壹機殼間流通之電流（機殼必須為接大地時）。 測試條件 I/P：Vin max.×1.06(TUV)/60Hz
Vin max.(UL1012)/60Hz
O/P: No Load/Full Load
Ta: 25 ℃
測試回路
說明 L，N均需測。
UL1012 R值為1K5。
TUV R值為2K/0。15uF。
漏電流規格TUV：3。5mA,UL1012:5mA。
溫度測試
（Temperature Test）
溫度測試指PSU於正常工作下，其零件或Case溫度不得超出其材質規
格或規格定值。
測試條件
I/P: Nominal
O/P: Full Load
Ta : 25℃
測試方法
將Thermo Coupler(TYPE K)穩固的固定於量測的物體上
（速幹、Tape或焊接方式）。
Thermo Coupler於末端絞三圈後焊成壹球狀測試。
我們壹般用點溫計測量。
測試零件
熱源及易受熱源影響部分
例如：輸入端子、Fuse、輸入電容、輸入電感、濾波電容、橋整、熱
敏、突波吸收器、輸出電容、輸出電容、輸出電感、變壓器、鐵芯、
繞線、散熱片、大功率半導體、Case、熱源零件下之P.C.B.……。
零件溫度限制
零件上有標示溫度者，以標示之溫度為基準。
其他未標示溫度之零件，溫度不超過P.C.B.之耐溫。
電感顯示個別申請安規者，溫升限制65℃Max(UL1012),75℃
Max(TUV)。
輸入電壓調節率測試
（Line Regulation）, %
輸入電壓在額定範圍內變化時，輸出電壓之變化率。
Vmax-Vnor
Line Regulation(+)=Vnor 開關電源適配器Vnor-Vmin
Line Regulation(-)=Vnor
Vmax-Vmin
Line Regulation=Vnor
Vnor:輸入電壓為常態值，輸出為滿載時之輸出電壓。
Vmax:輸入電壓變化時之最高輸出電壓。
Vmin:輸入電壓變化時之最低輸出電壓。
測試條件
I/P：Min./Nominal/Max
O/P:Full Load
Ta:25℃
測試回路
說明
Line Regulation 亦可直接Vmax-Vnor與Vmin-Vnor之±最大
值以mV表示，再配合Tolerance%表示。
負載調節率測試
（Load Regulation）%
輸出電流於額定範圍內變化（靜態）時，輸出電壓之變化率。
|Vminl-Vcent|
Line Regulation(+)=×100%Vcent
|Vcent-VfL|
Line Regulation(-)=×100%Vcent
|VminL-VfL|
Line Regulation(%)=×100%Vcent
VmilL:最小負載時之輸出電壓 開關電源外殼VfL:滿載時之輸出電壓
Vcent:半載時之輸出電壓
測試條件
I/P：Nominal
O/P:Min./Half/Full Load
Ta:25℃6.3測試回路：
6．4Load Regulation亦可直接Vmin.L-Vcent與Vcent-Vmax.之±最大
值以mV表示，再配合Tolerance%表示。
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開關電源維修步驟
1、修理開關電源時，首先用萬用表檢測各功率部件是否擊穿短路，如電源整流橋堆，開關管，高頻大功率整流管；抑制浪湧電流的大功率電阻是否燒斷。再檢測各輸出電壓端口電阻是否異常，上述部件如有損壞則需更換。
2、第壹步完成後，接通電源後還不能正常工作，接著要檢測功率因數模塊（PFC）和脈寬調制組件（PWM），查閱相關資料，熟悉PFC和PWM模塊每個腳的功能及其模塊正常工作的必備條件。
3、然後，對於具有PFC電路的電源則需測量濾波電容兩端電壓是否為380VDC左右，如有380VDC左右電壓，說明PFC模塊工作正常，接著檢測PWM組件的工作狀態，測量其電源輸入端VC ，參考電壓輸出端VR ，啟動控制Vstart/Vcontrol端電壓是否正常，利用220VAC/220VAC隔離變壓器給開關電源供電，用示波器觀測PWM模塊CT端對地的波形是否為線性良好的鋸齒波或三角形，如TL494 CT端為鋸齒波，FA5310其CT端為三角波。輸出端V0的波形是否為有序的窄脈沖信號。
4、在開關電源維修實踐中，有許多開關電源采用UC38××系列8腳PWM組件，大多數電源不能工作都是因為電源啟動電阻損壞，或芯片性能下降。 當R斷路後無VC，PWM組件無法工作，需更換與原來功率阻值相同的電阻。當PWM組件啟動電流增加後，可減小R值到PWM組件能正常工作為止。在修壹臺GE DR電源時，PWM模塊為UC3843，檢測未發現其他異常，在R（220K）上並接壹個220K的電阻後，PWM組件工作，輸出電壓均正常。有時候由於外圍電路故障，致使VR端5V電壓為0V，PWM組件也不工作，在修柯達8900相機電源時，遇到此情況，把與VR端相連的外電路斷開，VR從0V變為5V，PWM組件正常工作，輸出電壓均正常。
5、當濾波電容上無380VDC左右電壓時，說明PFC電路沒有正常工作，PFC模塊關鍵檢測腳為電源輸入腳VC，啟動腳Vstart/control，CT和RT腳及V0腳。修理壹臺富士3000相機時，測試壹板上濾波電容上無380VDC電壓。VC，Vstart/control,CT和RT波形以及V0波形均正常，測量場效應功率開關管G極無V0 波形，由於FA5331（PFC）為貼片元件，機器用久後出現V0端與板之間虛焊，V0信號沒有送到場效應管G極。將V0端與板上焊點焊好，用萬用表測量濾波電容有380VDC電壓。當Vstart/control 端為低電平時，PFC亦不能工作，則要檢測其端點與外圍相連的有關電路。
總之，開關電源電路有易有難，功率有大有小，輸出電壓多種多樣。只要抓住其核心的東西，即充分熟悉開關電源的基本結構以及PFC及PWM模塊的特性，它們工作的基本條件，按照上述步驟和方法，多動手進行開關電源的維修，就能迅速地排除開關電源故障，達到事半功倍的效果。
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開關電源維修技巧
開關電源的維修可分為兩步進行：
斷電情況下，“看、聞、問、量”
看：打開電源的外殼，檢查保險絲是否熔斷，再觀察電源的內部情況，如果發現電源的PCB板上有燒焦處或元件破裂，則應重點檢查此處元件及相關電路元件。資產管理
聞：聞壹下電源內部是否有糊味，檢查是否有燒焦的元器件。
問：問壹下電源損壞的經過，是否對電源進行違規操作。
量：沒通電前，用萬用表量壹下高壓電容兩端的電壓先。如果是開關電源不起振或開關管開路引起的故障，則大多數情況下，高壓濾波電容兩端的電壓未泄放悼，此電壓有300多伏，需小心。用萬用表測量AC電源線兩端的正反向電阻及電容器充電情況，電阻值不應過低，否則電源內部可能存在短路。電容器應能充放電。脫開負載，分別測量各組輸出端的對地電阻，正常時，表針應有電容器充放電擺動，最後指示的應為該路的泄放電阻的阻值。
加電檢測
通電後觀察電源是否有燒保險及個別元件冒煙等現象，若有要及時切斷供電進行檢修。
測量高壓濾波電容兩端有無300伏輸出，若無應重點查整流二極管、濾波電容等。
測量高頻變壓器次級線圈有無輸出，若無應重點查開關管是否損壞，是否起振，保護電路是否動作等，若有則應重點檢查各輸出側的整流二極管、濾波電容、三通穩壓管等。
如果電源啟動壹下就停止，則該電源處於保護狀態下，可直接測量PWM芯片保護輸入腳的電壓，如果電壓超出規定值，則說明電源處於保護狀態下，應重點檢查產生保護的原因。[2]