開關模式電源(SwitchModePowerSupply，簡稱SMPS)，又稱交換式電源、開關變換器，是一種高頻化電能轉換裝置，是電源供應器的一種。其功能是將一個位準的電壓，透過不同形式的架構轉換為用戶端所需求的電壓或電流。開關電源的輸入多半是交流電源(例如市電)或是直流電源，而輸出多半是需要直流電源的設備，例如個人電腦，而開關電源就進行兩者之間電壓及電流的轉換。

開關模式電源(SwitchModePowerSupply，簡稱SMPS)，又稱交換式電源、開關變換器，是一種高頻化電能轉換裝置，是電源供應器的一種。其功能是將一個位準的電壓，透過不同形式的架構轉換為用戶端所需求的電壓或電流。開關電源的輸入多半是交流電源(例如市電)或是直流電源，而輸出多半是需要直流電源的設備，例如個人電腦，而開關電源就進行兩者之間電壓及電流的轉換。

開關電源不同于線性電源，開關電源利用的切換晶體管多半是在全開模式(飽和區)及全閉模式(截止區)之間切換，這兩個模式都有低耗散的特點，切換之間的轉換會有較高的耗散，但時間很短，因此比較節省能源，產生廢熱較少。理想上，開關電源本身是不會消耗電能的。電壓穩壓是透過調整晶體管導通及斷路的時間來達到。相反的，線性電源在產生輸出電壓的過程中，晶體管工作在放大區，本身也會消耗電能。開關電源的高轉換效率是其一大優點，而且因為開關電源工作頻率高，可以使用小尺寸、輕重量的變壓器，因此開關電源也會比線性電源的尺寸要小，重量也會比較輕。

若電源的高效率、體積及重量是考慮重點時，開關電源比線性電源要好。不過開關電源比較復雜，內部晶體管會頻繁切換，若切換電流尚加以處理，可能會產生噪聲及電磁干擾影響其他設備，而且若開關電源沒有特別設計，其電源功率因數可能不高。

主要用途

開關電源產品廣泛應用于工業自動化控制、特種設備、科研設備、LED照明、工控設備、通訊設備、電力設備、儀器儀表、醫療設備、半導體制冷制熱、空氣凈化器，電子冰箱，液晶顯示器，LED燈具，通訊設備，視聽產品，安防監控，LED燈帶，電腦機箱，數碼產品和儀器類等領域。

現代開關電源有兩種：一種是直流開關電源;另一種是交流開關電源。

開關電源內部結構這里主要介紹的只是直流開關電源，其功能是將電能質量較差的原生態電源(粗電)，如市電電源或蓄電池電源，轉換成滿足設備要求的質量較高的直流電壓(精電)。直流開關電源的核心是DC/DC轉換器。因此直流開關電源的分類是依賴DC/DC轉換器分類的。也就是說，直流開關電源的分類與DC/DC轉換器的分類是基本相同的，DC/DC轉換器的分類基本上就是直流開關電源的分類。

直流DC/DC轉換器按輸入與輸出之間是否有電氣隔離可以分為兩類：一類是有隔離的稱為隔離式DC/DC轉換器;另一類是沒有隔離的稱為非隔離式DC/DC轉換器。

隔離式DC/DC轉換器也可以按有源功率器件的個數來分類。單管的DC/DC轉換器有正激式(Forward)和反激式(Flyback)兩種。雙管DC/DC轉換器有雙管正激式(DoubleTransistorForwardConverter)，雙管反激式(DoubleTransistorFlybackConverter)、推挽式(Push-PullConverter)和半橋式(Half-BridgeConverter)四種。四管DC/DC轉換器就是全橋DC/DC轉換器(Full-BridgeConverter)。

非隔離式DC/DC轉換器，按有源功率器件的個數，可以分為單管、雙管和四管三類。

開關電源內部結構圖單管DC/DC轉換器共有六種，即降壓式(Buck)DC/DC轉換器，升壓式(Boost)DC/DC轉換器、升壓降壓式(BuckBoost)DC/DC轉換器、CukDC/DC轉換器、ZetaDC/DC轉換器和SEPICDC/DC轉換器。在這六種單管DC/DC轉換器中，Buck和Boost式DC/DC轉換器是基本的，Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC轉換器是從中派生出來的。雙管DC/DC轉換器有雙管串接的升壓式(Buck-Boost)DC/DC轉換器。四管DC/DC轉換器常用的是全橋DC/DC轉換器(Full-BridgeConverter)。

隔離式DC/DC轉換器在實現輸出與輸入電氣隔離時，通常采用變壓器來實現，由于變壓器具有變壓的功能，所以有利于擴大轉換器的輸出應用范圍，也便于實現不同電壓的多路輸出，或相同電壓的多種輸出。

在功率開關管的電壓和電流定額相同時，轉換器的輸出功率通常與所用開關管的數量成正比。所以開關管數越多，DC/DC轉換器的輸出功率越大，四管式比兩管式輸出功率大一倍，單管式輸出功率只有四管式的1/4。

非隔離式轉換器與隔離式轉換器的組合，可以得到單個轉換器所不具備的一些特性。

按能量的傳輸來分，DC/DC轉換器有單向傳輸和雙向傳輸兩種。具有雙向傳輸功能的DC/DC轉換器，既可以從電源側向負載側傳輸功率，也可以從負載側向電源側傳輸功率。

DC/DC轉換器也可以分為自激式和他控式。借助轉換器本身的正反饋信號實現開關管自持周期性開關的轉換器，叫做自激式轉換器，如洛耶爾(Royer)轉換器就是一種典型的推挽自激式轉換器。他控式DC/DC轉換器中的開關器件控制信號，是由外部專門的控制電路產生的。

按照開關管的開關條件，DC/DC轉換器又可以分為硬開關(HardSwitching)

開關電源和軟開關(SoftSwitching)兩種。硬開關DC/DC轉換器的開關器件是在承受電壓或流過電流的情況下，開通或關斷電路的，因此在開通或關斷過程中將會產生較大的交疊損耗，即所謂的開關損耗(Switchingloss)。當轉換器的工作狀態一定時開關損耗也是一定的，而且開關頻率越高，開關損耗越大，同時在開關過程中還會激起電路分布電感和寄生電容的振蕩，帶來附加損耗，因此，硬開關DC/DC轉換器的開關頻率不能太高。

軟開關DC/DC轉換器的開關管，在開通或關斷過程中，或是加于其上的電壓為零，即零電壓開關(Zero-Voltage-Switching，ZVS)，或是通過開關管的電流為零，即零電流開關(Zero-Current·Switching，ZCS)。這種軟開關方式可以顯著地減小開關損耗，以及開關過程中激起的振蕩，使開關頻率可以大幅度提高，為轉換器的小型化和模塊化創造了條件。功率場效應管(MOSFET)是應用較多的開關器件，它有較高的開關速度，但同時也有較大的寄生電容。

它關斷時，在外電壓的作用下，其寄生電容充滿電，如果在其開通前不將這一部分電荷放掉，則將消耗于器件內部，這就是容性開通損耗。為了減小或消除這種損耗，功率場效應管宜采用零電壓開通方式(ZVS)。絕緣柵雙極性晶體管(InsulatedGateBipolartansistor，IGBT)是一種復合開關器件，關斷時的電流拖尾會導致較大的關斷損耗，如果在關斷前使流過它的電流降到零，則可以顯著地降低開關損耗，因此IGBT宜采用零電流(ZCS)關斷方式。

IGBT在零電壓條件下關斷，同樣也能減小關斷損耗，但是MOSFET在零電流條件下開通時，并不能減小容性開通損耗。諧振轉換器(ResonantConverter，RC)、準諧振轉換器(Qunsi-TesonantConverter，QRC)、多諧振轉換器(Multi-ResonantConverter，MRC)、零電壓開關PWM轉換器(ZVSPWMConverter)、零電流開關PWM轉換器(ZCSPWMConverter)、零電壓轉換(Zero-Voltage-Transition，ZVT)PWM轉換器和零電流轉換(Zero-Voltage-Transition，ZVT)PWM轉換器等，均屬于軟開關直流轉換器。電力電子開關器件和零開關轉換器技術的發展，促使了高頻開關電源的發展。

基本組成

開關電源大致由主電路、

開關電源控制電路、檢測電路、輔助電源四大部份組成。

1、主電路

沖擊電流限幅：限制接通電源瞬間輸入側的沖擊電流。

輸入濾波器：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。

整流與濾波：將電網交流電源直接整流為較平滑的直流電。

逆變：將整流后的直流電變為高頻交流電，這是高頻開關電源的核心部分。

輸出整流與濾波：根據負載需要，提供穩定可靠的直流電源。

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，改變其脈寬或脈頻，使輸出穩定，另一方面，根據測試電路提供的數據，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和各種儀表數據。

單端正激式開關電源的典型電路如圖四所示。這種電路在形式上與單端反激式電路相似，但工作情形不同。當開關管VT1導通時，VD2也

導通，這時電網向負載傳送能量，濾波電感L儲存能量;當開關管VT1截止時，電感L通過續流二極管VD3繼續向負載釋放能量。

簡單的開關電源電路圖大全（六款簡單的開關電源電路設計原理圖詳解）

在電路中還設有鉗位線圈與二極管VD2，它可以將開關管VT1的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間。為滿足磁芯復位條件，即磁通建立和

復位時間應相等，所以電路中脈沖的占空比不能大于50%。由于這種電路在開關管VT1導通時，通過變壓器向負載傳送能量，所以輸出功率范圍大，可輸出50-200W的功率。電路使用的變壓器結構復雜，體積也較大，正因為這個原因，這種電路的實際應用較少。

推挽式開關電源的典型電路如圖六所示。它屬于雙端式變換電路，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側。電路使用兩個開關管VT1和VT2，兩個開關管在外激勵方波信號的控制下交替的導通與截止，在變壓器T次級統組得到方波電壓，經整流濾波變為所需要的直流電壓。

簡單的開關電源電路圖大全（六款簡單的開關電源電路設計原理圖詳解）

這種電路的優點是兩個開關管容易驅動，主要缺點是開關管的耐壓要達到兩倍電路峰值電壓。電路的輸出功率較大，一般在100-500W范圍內。

電路以UC3842振蕩芯片為核心，構成逆變、整流電路。UC3842一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調制器芯片，相關引腳功能及內部電路原理已有介紹，此處從略。AC220V電源經共模濾波器L1引入，能較好抑制從電網進入的和從電源本身向輻射的高頻干擾，交流電壓經橋式整流電路、電容C4濾波成為約280V的不穩定直流電壓，作為由振蕩芯片U1、開關管Q1、開關變壓器T1及其它元件組成的逆變電路。逆變電路，可以分為四個電路部分講解其電路工作原理。

簡單的開關電源電路圖大全（六款簡單的開關電源電路設計原理圖詳解）

圖1CL-A-35-24儀用DC24V開關電源

1、振蕩回路：開關變壓器的主繞組N1、Q1的漏--源極、R2(工作電流檢測電阻)為電源工作電流的通路;本機啟動電路與其它開關電源(啟動電路由降壓限流電阻組成)有所不同，啟動電路由C5、D3、D4組成，提供一個“瞬態”的啟動電流，二極管D2吸收反向電壓，D3具有整流作用，保障加到U1的7腳的啟動電流為正電流;電路起振后，由N2自供電繞組、D2、C5整流濾波電路，提供U1芯片的供電電壓。這三個環節的正常運行，是電源能夠振蕩起來的先決條件。

當然，U1的4腳外接定時元件R48、C8和U1芯片本身，也構成了振蕩回路的一部分。

電容式啟動電路，當過載或短路故障發生時，電路能處于穩定的停振保護狀態，不像電阻啟動電路，會再現“打嗝”式間歇振蕩現象。工作電流檢測從電阻R2上取得，當故障狀態引起工作過流異常增大時，U1的6腳輸出PWM脈沖占空比減小，N1自供電繞組的感應電路也隨之降低，當U1的7腳供電電壓低于10V時，電路停振，負載電壓為0，這是過流(過載或短路)引發U1內部欠電壓保護電路動作導致的輸出中止;工作電流異常增大時，R2上的電壓降大于1V時，內部鎖存器動作，電路停振，這是由過流引發U1內部過流保護動作導致輸出中止。

2、穩壓回路：開關變壓器的N3繞組、D6、C13、C14等元件組成的24V電源，基準電壓源TL1、光耦合器U2等元件構成了穩壓控制回路。U1芯片和1、2腳外圍元件R7、C12，也是穩壓回路的一部分。實際上，TL1、U1組成了(相對于U1內部電壓誤差放大器)外部誤差放大器，將輸出24V的電壓變化反饋回U1的反饋電壓信號輸入端。當24V輸出電壓上升時，U1的2腳電壓上升，1腳電壓下降，輸出PWM脈沖占空比下降，輸出電路回落。當輸出電壓異常上升時，U1的1腳下降為1V時，內部保護電路動作，電路停振。

3、保護回路：U1芯片本身和3腳外圍電路構成過流保護回路;N1繞組上并聯的D1、R1、C9元件構成了開關管的反向電壓吸收保護電路，以提供Q1截止時的反向電流通路，保障Q1的工作安全;實質上穩壓回路的電壓反饋信號，也可看作是一路電壓保護信號——當反饋電壓幅度達一定值時，電路實施停振保護動作;24V的輸出端并聯有由R18、ZD2、單向晶閘管SCR組成的過壓保護電路，當穩壓電路失常，引起輸出電壓異常上升時，穩壓二極管ZD2的擊穿為SCR提供觸發電流，SCR的導通形成一個“短路電流”信號，強制U1內部保護電路產生過流保護動作，電路處于停振狀態。