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开关电源的分类与特点

开关电源的分类

随着开关电源的普及，开关电源开始广泛应用于各个领域，开关电源的分类也是五花八门。根据应用领域和侧重的点不同，同一个开关电源也可以划分到几个不同的类别。下面对开关电源常见的几种分类做简单的介绍。

AC/DC 电源

AC/DC 开关电源是将交流电压变换为直流电压的开关电源。这类电源通常是将220V、50Hz 或60Hz 的交流电网电压转换为较低的直流电压，同时实现交流电网与直流输出之间的电气隔离。AC/DC 开关电源的种类很多，其功率范围可以从几瓦一直覆盖到几千瓦，属于开关电源的第一大类别。 DC/DC 电源

DC/DC 开关电源是将一种直流电压变换为另一种直流电压的开关电源。同时实现直流输入电源与直流输出电压之间的电气隔离。其功率范围通常在几瓦到几百瓦，属于开关电源的另一大类别。开关稳压器

开关稳压器 (Switching Regulator) 是一种简易的DC/DC 开关电源，这种电源的输入电压与输出电压没有电气隔离，但电源效率可达95%以上，多用在电气设备内部的电压变换。例如笔记本电脑主板上的各种电压变换器等。模块电源

这类开关电源通常做成模块形式，既有 AC/DC 模块，也有DC/DC 模块，其输入电压和输出电压都有很多规格，以便用户选择使用。模块电源的功率范围较小，一般只有几瓦到几十瓦。电源适配器

电源适配器是目前最常见的开关电源之一，广泛用于我们的日常生活中。例如手机、数码相机和平板电脑充电适配器，路由器电源适配器等。特种电源

特种电源是具有特定用途的开关电源。电动自行车充电器就是其中的一种，这类开关电源是针对特定负载设计的，通常具有恒压、恒流输出特性，以及电池反接保护等功能。

开关电源的特点

同线性电源对比，开关电源有以下优点：

功耗小，效率高，节能效果显著

开关电源的功率损耗较低，其效率通常在80%以上，而线性电源一般只有40%左右。开关电源具有显著的节能效果。体积小，重量轻

开关电源没有笨重的工频变压器，又不需要很大的散热片，从而减小了电源的体积和重量。其体积和重量通常只有线性电源的30%左右。输入电压范围宽

开关电源的输入电压范围可以做得很宽，例如90～260V,称为通用输入电压，可以在全球任何国家的民用电网中使用，不必考虑电压匹配的问题。

然而，开关电源也有一些缺点：

电磁干扰较大

开关电源中的功率开关管在开关过程中产生的尖峰电压和尖峰电流会造成较大的电磁干扰和电磁辐射。这些干扰会传入工频电网，对其附近的其他电子设备（例如通信设备）产生较为严重的干扰。输出纹波较大

开关电源中的电压/电流多为矩形波，滤波难度较大，使输出电压电流中含有较大的纹波及噪声成分。生产工艺复杂，故障率高，维修麻烦

开关电源中的元器件较多，对电路板的布局与布线也有更高的要求，任何元器件的损坏都可能造成电源故障，给生产、调试和维修带来很多的不便。

开关电源在PFC中的应用

PFC (功率因数校正) 是为了提高电源设备的功率因数，减少无功功率损耗的一种技术。开关电源在PFC中的应用尤为广泛，下面举一个典型的例子来说明：

例子：电脑电源的PFC应用

背景：现代电脑电源为了符合能效标准和减少对电网的污染，通常都集成了PFC电路。PFC电路可以分为被动PFC和主动PFC两种。

主动PFC电路的特点：

高功率因数：主动PFC电路可以将功率因数提高到接近1（通常在0.95以上）。低谐波失真：主动PFC可以有效减少输入电流中的谐波成分，减小对电网的污染。高效率：由于主动PFC电路能将输入电流波形校正为正弦波，其效率通常高于被动PFC。

工作原理：

整流：输入的交流电压首先经过整流电路转换为直流电压。PFC控制器：PFC控制器通过开关管（如MOSFET）调节输入电流，使其波形与输入电压的波形相同，达到功率因数校正的目的。滤波：PFC电路输出的直流电压再经过滤波电路，提供给后续的DC/DC转换电路。

具体应用：在电脑电源中，主动PFC电路通常由一个升压型转换器（Boost Converter）构成。它通过调节开关管的导通时间，将整流后的直流电压升高，并调整输入电流波形，使其与输入电压同相，从而实现高功率因数和低谐波失真。

举例说明：假设一款高效电脑电源，其额定功率为500W，集成了主动PFC电路。

输入电压：220V AC整流后电压：约310V DCPFC电路输出电压：380V DC功率因数：0.98效率：92%

优点：

高效节能：高功率因数减少了无功功率的损耗，整体效率更高。低电网污染：减少谐波成分，降低对电网的干扰。

示意图：

输入交流电 (220V AC)

整流电路 (桥式整流)

直流电压 (310V DC)

PFC电路 (Boost Converter)

直流电压 (380V DC)

DC/DC转换电路

稳定输出 (如12V DC, 5V DC)

这个例子展示了开关电源在电脑电源中集成PFC电路的应用，主动PFC电路的使用不仅提高了电源的效率，还减小了对电网的干扰，提高了电源设备的整体性能。