開關電源，亦稱交換式電源或開關變換器，是一種實現電能高頻轉換的裝置，屬于電源供應器的一種。其核心工作原理是借助開關管的高頻開關動作，將輸入電壓轉換為高頻脈沖信號。后續經變壓器或電感器進行電壓變換，再通過濾波電路處理，最終輸出穩定的直流電壓。

開關電源的分類

按輸入電源類型分類

AC-DC 開關電源 ：可將交流電轉換為直流電，常見于各類電子設備的電源適配器，如筆記本電腦充電器、手機充電器等，為設備提供所需的直流電源。

DC-DC 開關電源 ：用于將一種直流電壓轉換為另一種直流電壓，廣泛應用于汽車電子設備、通信基站等場景，實現不同直流電壓之間的轉換，滿足設備對不同電壓值的需求。

按工作方式分類

單端開關電源 ：僅采用一個開關管，適用于低功率應用場合。其電路結構相對簡單，成本較低，在一些小型電子設備和低功耗系統中較為常見，如小型玩具、便攜式電子設備等。

雙端開關電源 ：配備兩個開關管，適用于高功率應用。通過兩個開關管的協同工作，能夠處理更大的功率，提高電源的轉換效率和輸出功率，常用于高功率的工業電源、大型服務器電源等場景。

按拓撲結構分類

常見的拓撲結構包括 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。

正激式開關電源

正激式開關電源結構相對復雜，但輸出功率較高，通常適用于 100W-300W 的開關電源，尤其在低壓、大電流的應用場景中較為廣泛，如通信電源、工業控制電源等。

其工作原理是，當開關管接通時，輸出變壓器作為介質直接耦合磁場能量，實現電能與磁能的相互轉化，使輸入輸出過程同步進行。然而，正激式開關電源也存在一些不足之處。例如，為了防止變壓器初級線圈產生的反電動勢擊穿開關管，需要增加反電動勢繞組；同時，次級通常需要額外添加一個電感進行儲能濾波。這些額外的組件導致其成本相對較高，且正激式開關電源變壓器的體積也比反激式開關電源變壓器更大。

反激式開關電源

反激式開關電源采用反激高頻變壓器隔離輸入輸出回路。該變壓器不僅承擔變換電壓和傳輸能量的任務，還兼具儲能電感的功能，因此反激式變壓器的設計類似于電感。這種電路結構較為簡單，易于控制，在 5W-100W 的小功率應用領域非常廣泛，如消費電子設備、小型家電等。

在反激式開關電源中，當開關管導通時，變壓器原邊電感電流上升。由于反激電路輸出線圈同名端相反，輸出二極管截止，此時變壓器儲存能量，負載由輸出電容提供能量。而當開關管截止時，變壓器原邊電感感應電壓反向，輸出二極管導通，變壓器儲存的能量通過二極管釋放給負載，同時對電容進行充電。

從工作原理來看，正激式開關電源的變壓器主要承擔變壓功能，整體電路可以視為一個帶有變壓器的 Buck 電路。而反激式開關電源的變壓器則相當于一個帶有變壓功能的電感，其電路特性更接近于 Buck-Boost 電路。正激式開關電源在工作時，初級和次級同時工作，當次級不工作時有續流電感續流，通常工作在 CCM（連續導通模式）模式下，其功率因數一般不高，且輸入輸出電壓與變比占空比成正比。反激式開關電源在工作時，初級和次級獨立運作，通常在 DCM（不連續導通模式）模式下，變壓器的電感值相對較小，且為了滿足儲能需求，通常需要在變壓器中添加氣隙，因此更適合中小功率的應用場景。

正激變壓器可被視為理想的變壓器，不承擔儲能功能，但由于勵磁電感存在有限值，勵磁電流會導致磁芯尺寸較大。為了避免磁通飽和，正激變壓器需要輔助繞組來實現磁通復位。而反激變壓器的工作形式類似于耦合電感，電感先儲能再放能。由于反激變壓器的輸入、輸出電壓極性相反，當開關管斷開時，次級能夠提供磁芯復位電壓，因此反激變壓器無需額外增加磁通復位繞組。

推挽式開關電源

推挽式開關電源屬于雙端式變換電路，其典型電路包含兩個開關管 VT1 和 VT2。高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側，兩個開關管在外部激勵方波信號的控制下交替導通與截止。在變壓器次級繞組中得到方波電壓，經整流濾波后轉換為所需的直流電壓。

推挽式開關電源的優點在于兩個開關管易于驅動，能夠實現較高的轉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，如服務器電源、通信電源等。然而，其主要缺點是開關管的耐壓要求較高，需要達到兩倍電路峰值電壓，這增加了對開關管性能的要求和成本。