开关电源基础认知

前言

从开关电源（BMS充电器）入门硬件之——开关电源基础认知

有纰漏请指出，转载请说明。

学习交流请发邮件 1280253714@qq.com

1.什么是开关电源

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。它可以分为隔离式的开关电源和非隔离式的开关电源。

其实，就是对能量的一种转换，其中的核心是PWM控制。

参考以下几位博主：

天才设计！手机充电器的原理竟然这么巧妙。_哔哩哔哩_bilibili

什么是开关电源？ What is SMPS?_哔哩哔哩_bilibili

科技的魅力，手机充电器的工作原理！_哔哩哔哩_bilibili

开关电源拓扑

开关电源的拓扑结构有很多种，包括但不限于Buck、Boost、Buck-Boost、Flyback、Forward、Two-Transistor Forward、Push-Pull、Half Bridge等。这些拓扑结构都与开关式电路有关，可以根据不同的应用场景和需求进行选择。

其中，Buck降压拓扑结构的特点是将输入降至一个较低的电压，其电路简单，电感/电容滤波器滤平开关后的方波，输出电流平滑；Boost升压拓扑结构则是把输入升至一个较高的电压，与降压结构类似但电感等元件的安排方式不同；Buck-Boost降压-升压拓扑结构是电感、开关和二极管的另一种安排方法；Flyback反激拓扑结构类似于降压-升压电路，但电感有两个绕组并同时作为变压器和电感；Forward正激拓扑结构是降压电路的变压器耦合形式；Two-Transistor Forward双晶体管正激拓扑结构则是两个开关同时工作，开关断开时存储在变压器中的能量使初级的极性反向使二极管导通；Push-Pull推挽拓扑结构则是开关（FET）的驱动不同相进行脉冲宽度调制（PWM）以调节输出电压；Half-Bridge半桥拓扑结构则是较高功率变换器极为常用的拓扑结构。

在实际应用中，可以根据需要选择适合的拓扑结构以满足性能和效率的要求。

AD/DC DC/DC

AC/DC是开关电源的一种。这种电源经过高压整流滤波得到一个直流高压，供DC/DC变换器在输出端获得一个或几个稳定的直流电压，功率从几瓦－几千瓦均有。

DC/DC开关电源是一种将直流电能转换为另一种直流电能的装置，它主要由开关管、储能元件、二极管和滤波器等组成。DC/DC开关电源可以根据不同的电路设计和控制方式，实现不同的电压变换和电流控制。

可以看出AC/DC是包含了DC/DC的部分。

所以，接下来主要将AC/DC。

2.AC/DC的实现步骤

AC/DC（交流/直流）是指电源的规格是交流输入直流输出，属于开关电源分类中的一种。对于AC/DC的实现，需要以下步骤：

输入滤波：输入滤波器用于抑制电源噪声和防止电网干扰进入电源。
整流滤波：通过整流器将交流电转换为直流电，同时使用滤波器消除脉动直流电压中的交流成分。
功率转换：通过开关电源电路将直流电转换为高频脉冲信号，然后通过变压器将高频脉冲信号耦合到副边，再通过整流滤波得到输出直流电压。
输出滤波：输出滤波器用于抑制纹波和噪声，以确保输出直流电压的稳定性和精度。
稳压控制：通过控制开关电源电路的占空比，实现输出直流电压的稳定控制。

需要注意的是，AC/DC电源的电路拓扑结构和控制方式可以根据实际应用场景和负载需求进行选择和设计。同时，为了确保AC/DC电源的可靠性和稳定性，还需要进行合理的热设计和电磁兼容性设计。

主要元器件

其中，输入滤波用到的电容成为输入电容，整流桥用到的是二极管或整流芯片，功率转换用到变压器，再通过电源IC得到低压直流电。反馈部分主要的元器件是光耦。

3.拆解一个手机充电器（5V2A）

这应该算是最简单的AC/DC充电器了。左边是AC输入，带色环的是保险丝，经过一个整流桥和大电容组成输入整流滤波电路；左下角铝电解电容和安规电容构成EMC区域；中间8pin的DIP封装的是CSC7203，为AC/DC芯片；中上部分一个蓝色的电容，它的上面是一个电阻，还有变压器底下藏着的一个二极管，共同构成RCD电路，主要是吸收MOS管的电压尖峰，防止MOS管被烧坏；CSC7203下面是一个光耦，反馈的作用（原边和副边隔离）；绿色大个的是一个变压器，起到功率转换的作用；右边的二极管和两个电容起到输出整流滤波的作用；右下角的USB，是将输出通过USB线给手机充电。