理解开关电源的工作原理及应用场景

用一个开关SW，令它快速地进行通、断交替，把直流电压变换成高频方波电压，施加到变压器的一次侧，如图1-28b所示。

图1-28 开关电源的原理

a）占空比定义 b）开关电源原理

方波电压的脉冲宽度与脉冲周期之比，称为脉冲的占空比，如图1-28a所示：

式中 D——占空比；

t_P——脉冲宽度（μs）；

t_C——脉冲周期（μs）。

则变压器一次侧得到的平均电压与直流电压和占空比的乘积成正比：

U₁＝KU_D1D （1-16）

式中 U₁——变压器一次平均电压（V）；

U_D1——直流电压（V）；

K——比例系数。(www.xing528.com)

变压器二次电压取决于变压器的电压比（匝数比）：

U₂＝kU₁ （1-17）

式中 U₂——变压器的二次平均电压（V）；

k——变压器的电压比。

开关电源中所用的高频变压器，称为脉冲变压器。其结构如图1-29a所示。变压器的磁路由高频磁心构成，不但磁导率高，且体积小、重量轻。

图1-29 脉冲变压器

a）脉冲变压器 b）二次电动势 c）一、二次方电压

脉冲变压器的工作特点如下：

（1）当输入脉冲上升，磁通增加时，二次绕组的感应电流必阻碍磁通的增加，二次磁通的方向和一次磁通穿过二次绕组的磁通方向相反，如图b的上方所示，由此判断二次电压的极性是上“＋”、下“-”；

（2）当输入脉冲下降，磁通减少时，二次绕组的感应电流必阻碍磁通的减少，二次电流磁通的方向和一次磁通穿过二次绕组的磁通方向相同，如图1-29b下方所示，由此判断二次电压的极性是上“-”、下“＋”。

所以，尽管一次电压是单极性的，如图1-29c中的①所示，但二次电压却是交变的，如图c中的②所示。

因为二次电压是交变的高频脉冲波，所以要得到直流电压，须进行半波整流。又因为频率很高，可达数十千赫，故在要求不很高的场合，滤波也可以只用电容器滤波就可以了。