開(kāi)關(guān)電源，亦稱(chēng)交換式電源或開(kāi)關(guān)變換器，是一種實(shí)現(xiàn)電能高頻轉(zhuǎn)換的裝置，屬于電源供應(yīng)器的一種。其核心工作原理是借助開(kāi)關(guān)管的高頻開(kāi)關(guān)動(dòng)作，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為高頻脈沖信號(hào)。后續(xù)經(jīng)變壓器或電感器進(jìn)行電壓變換，再通過(guò)濾波電路處理，最終輸出穩(wěn)定的直流電壓。

開(kāi)關(guān)電源的分類(lèi)

按輸入電源類(lèi)型分類(lèi)

AC-DC 開(kāi)關(guān)電源 ：可將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，常見(jiàn)于各類(lèi)電子設(shè)備的電源適配器，如筆記本電腦充電器、手機(jī)充電器等，為設(shè)備提供所需的直流電源。

DC-DC 開(kāi)關(guān)電源 ：用于將一種直流電壓轉(zhuǎn)換為另一種直流電壓，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)電子設(shè)備、通信基站等場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)不同直流電壓之間的轉(zhuǎn)換，滿(mǎn)足設(shè)備對(duì)不同電壓值的需求。

按工作方式分類(lèi)

單端開(kāi)關(guān)電源 ：僅采用一個(gè)開(kāi)關(guān)管，適用于低功率應(yīng)用場(chǎng)合。其電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低，在一些小型電子設(shè)備和低功耗系統(tǒng)中較為常見(jiàn)，如小型玩具、便攜式電子設(shè)備等。

雙端開(kāi)關(guān)電源 ：配備兩個(gè)開(kāi)關(guān)管，適用于高功率應(yīng)用。通過(guò)兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的協(xié)同工作，能夠處理更大的功率，提高電源的轉(zhuǎn)換效率和輸出功率，常用于高功率的工業(yè)電源、大型服務(wù)器電源等場(chǎng)景。

按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類(lèi)

常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括 Buck（降壓）、Boost（升壓）、Buck-Boost（降壓 - 升壓）、Flyback（反激）、Forward（正激）、Two-Transistor Forward（雙晶體管正激）、Push-Pull（推挽）、Half Bridge（半橋）、Full Bridge（全橋）等。

正激式開(kāi)關(guān)電源

正激式開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，但輸出功率較高，通常適用于 100W-300W 的開(kāi)關(guān)電源，尤其在低壓、大電流的應(yīng)用場(chǎng)景中較為廣泛，如通信電源、工業(yè)控制電源等。

其工作原理是，當(dāng)開(kāi)關(guān)管接通時(shí)，輸出變壓器作為介質(zhì)直接耦合磁場(chǎng)能量，實(shí)現(xiàn)電能與磁能的相互轉(zhuǎn)化，使輸入輸出過(guò)程同步進(jìn)行。然而，正激式開(kāi)關(guān)電源也存在一些不足之處。例如，為了防止變壓器初級(jí)線(xiàn)圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)擊穿開(kāi)關(guān)管，需要增加反電動(dòng)勢(shì)繞組；同時(shí)，次級(jí)通常需要額外添加一個(gè)電感進(jìn)行儲(chǔ)能濾波。這些額外的組件導(dǎo)致其成本相對(duì)較高，且正激式開(kāi)關(guān)電源變壓器的體積也比反激式開(kāi)關(guān)電源變壓器更大。

反激式開(kāi)關(guān)電源

反激式開(kāi)關(guān)電源采用反激高頻變壓器隔離輸入輸出回路。該變壓器不僅承擔(dān)變換電壓和傳輸能量的任務(wù)，還兼具儲(chǔ)能電感的功能，因此反激式變壓器的設(shè)計(jì)類(lèi)似于電感。這種電路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，易于控制，在 5W-100W 的小功率應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，如消費(fèi)電子設(shè)備、小型家電等。

在反激式開(kāi)關(guān)電源中，當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，變壓器原邊電感電流上升。由于反激電路輸出線(xiàn)圈同名端相反，輸出二極管截止，此時(shí)變壓器儲(chǔ)存能量，負(fù)載由輸出電容提供能量。而當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，變壓器原邊電感感應(yīng)電壓反向，輸出二極管導(dǎo)通，變壓器儲(chǔ)存的能量通過(guò)二極管釋放給負(fù)載，同時(shí)對(duì)電容進(jìn)行充電。

從工作原理來(lái)看，正激式開(kāi)關(guān)電源的變壓器主要承擔(dān)變壓功能，整體電路可以視為一個(gè)帶有變壓器的 Buck 電路。而反激式開(kāi)關(guān)電源的變壓器則相當(dāng)于一個(gè)帶有變壓功能的電感，其電路特性更接近于 Buck-Boost 電路。正激式開(kāi)關(guān)電源在工作時(shí)，初級(jí)和次級(jí)同時(shí)工作，當(dāng)次級(jí)不工作時(shí)有續(xù)流電感續(xù)流，通常工作在 CCM（連續(xù)導(dǎo)通模式）模式下，其功率因數(shù)一般不高，且輸入輸出電壓與變比占空比成正比。反激式開(kāi)關(guān)電源在工作時(shí)，初級(jí)和次級(jí)獨(dú)立運(yùn)作，通常在 DCM（不連續(xù)導(dǎo)通模式）模式下，變壓器的電感值相對(duì)較小，且為了滿(mǎn)足儲(chǔ)能需求，通常需要在變壓器中添加氣隙，因此更適合中小功率的應(yīng)用場(chǎng)景。

正激變壓器可被視為理想的變壓器，不承擔(dān)儲(chǔ)能功能，但由于勵(lì)磁電感存在有限值，勵(lì)磁電流會(huì)導(dǎo)致磁芯尺寸較大。為了避免磁通飽和，正激變壓器需要輔助繞組來(lái)實(shí)現(xiàn)磁通復(fù)位。而反激變壓器的工作形式類(lèi)似于耦合電感，電感先儲(chǔ)能再放能。由于反激變壓器的輸入、輸出電壓極性相反，當(dāng)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，次級(jí)能夠提供磁芯復(fù)位電壓，因此反激變壓器無(wú)需額外增加磁通復(fù)位繞組。

推挽式開(kāi)關(guān)電源

推挽式開(kāi)關(guān)電源屬于雙端式變換電路，其典型電路包含兩個(gè)開(kāi)關(guān)管 VT1 和 VT2。高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線(xiàn)的兩側(cè)，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管在外部激勵(lì)方波信號(hào)的控制下交替導(dǎo)通與截止。在變壓器次級(jí)繞組中得到方波電壓，經(jīng)整流濾波后轉(zhuǎn)換為所需的直流電壓。

推挽式開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)在于兩個(gè)開(kāi)關(guān)管易于驅(qū)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的轉(zhuǎn)換效率和較大的輸出功率，一般適用于 100-500W 的功率范圍，常用于中等功率的電源系統(tǒng)，如服務(wù)器電源、通信電源等。然而，其主要缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)管的耐壓要求較高，需要達(dá)到兩倍電路峰值電壓，這增加了對(duì)開(kāi)關(guān)管性能的要求和成本。