开关电源技术全解析：原边反馈与副边反馈及各类电路原理

出处：网络整理发布于：2026-06-29 14:48:57 | 90 次阅读

　　在电子设备的供电系统中，开关电源扮演着至关重要的角色。它具有多种反馈机制、工作模式以及调制方式，同时包含多种典型电路，每种都有其独特的特点和应用场景。

　　原边反馈（PSR）主要应用于反激式开关电源。它借助辅助线圈来提取副边线圈上的输出电压信号。由于辅助线圈与副边线圈的电压和匝数存在关联，并且在副边线圈去磁结束点（即线圈上电流降为 0 时），电源输出电压等于副边线圈上的电压。通过对该反馈信号进行采样，再经控制芯片处理，就能得到理想的 PWM 控制信号，用于控制原边侧功率管的开关。功率管的开关时间决定了变压器上能量储存的多少，进而直接影响副边输出电压的大小。原边反馈的显著优势在于成本较低，但不足之处是精度相对较差。

　副边反馈（SSR）同样用于反激式开关电源。它对输出电压的提取过程直接在变压器的副边电压输出端完成，因此需要在副边增加光耦（隔离器件）、TL431 及相关阻容元件。其中，TL431 作为误差放大器，能够实时监测输出电压，并将监测结果以电流的形式通过光耦反馈至原边，同时保证输入端与输出端的隔离。

　　反激变换器存在 DCM（断续模式）和 CCM（连续模式）两种工作模式。在 DCM 模式下，当负载较小时，电流会降至 0 并保持一段时间，这种模式适合小功率电源。而在 CCM 模式中，初级峰值电流小，但存在直流成分，适用于负载电流变化大的场景。

　　开关电源有三种主要的调制方式，分别是 PWM（脉冲宽度调制）、PFM（脉冲频率调制）、PSM（脉冲跨周期调制）。PWM 是一种固定开关周期，通过变化 Ton 来改变占空比的调解方式，可被称为定频调宽，即开关频率保持恒定，通过改变每一个周期内驱动信号的占空比来达到调制目的，这是最常用的一种调制方式。当输出电压发生变化时，通过环路的控制，驱动信号的占空比会相应改变，从而维持输出电压的恒定。占空比是开通时间 Ton 与开关周期 T 的比值，即 Ton (开通时间) + Toff (关断时间) = T (开关周期)，占空比 D = Ton / T 。PFM 模式在正常工作时，驱动信号的脉冲宽度保持恒定，但脉冲出现的频率发生改变，即所谓的定宽调频。当输出电压发生变化时，通过环路的调整，脉冲出现的频率会改变，从而实现对电路的控制与调整。

　　开关稳压器要实现稳压，就需要控制系统（负反馈）。从自动控制理论可知，当电压上升时，通过负反馈把它降低，当电压下降时，就把它升上去，这样就形成了一个控制的环路，如 PWM（脉宽控制）、PFM（频率控制）等。

　　一个简化的降压开关电源（未加反馈）有两种状态。状态 1：S1 闭合，输入的能量从 C1 流至 L1，再到 C2，并给 RL 充电，同时，L1 储存能量，加在 L1 上的电压为：Vin - Vo = L * di /dton。状态 2：S1 断开，由于电感储存能量（电感阻碍电流的变化，变化时，可将电感理解为一个电压源，电流方向不变），因此 L1 储存的能量传到 C2，给 RL 供电，通过 D1 形成一个闭环，此时 Vo = L * di /dtoof。若记 D = Ton / T，则 Vo / Vin = D。各器件的作用分别为：C1 使输入电压平稳、C2 使输出电压平稳、钳位二极管 D1 在开关开路时，为电感器提供一条电流通路、L1 用于存储即将传送至负载的能量。
　　Buck 变换器，也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。单管指续流二极管，不隔离指输入输出在同一个闭环电路中，没有变压器元器件将它们隔离开。晶体管 Q1 起开关的作用，受电路输出的驱动脉冲控制，常见的开关管有三极管、MOSFET 等。电容 C1 作为滤波电容（上正下负），可降低输出电压 Uo 的脉动。当 Q 导通时，二极管截止，电流经过电感流向负载 R1，电感中的电流线性增长，同时发生自感，自感阻碍电流上升，电感将电能转换为磁能储存起来，此时自感电势的方向左正右负。当 Q 断开时，电感电流慢慢减少，产生左负右正的自感电势，使得二极管 D1 导通，L 中之前存储的磁能转化为电能释放出来给负载 R。如果 BUCK 电路是稳定的，由 Vo / Vin = D 可知，输出电压一定小于输入电压，且可通过改变 PWM 波的占空比来控制输出电压的值。
　　Boost 变换器也称升压式变换器，是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器。开关管 Q 为 PWM 控制方式，最大占空比 D 必须小于 1。电感 L1 在输入侧，称为升压电感，滤波电容 C2（上正下负）。当开关管导通时，电感中的电流线性增加，电感自感阻碍电流上升，电感将电能转为磁能存储起来，二极管防止电容对地放电。当开关管关闭时，电感电流慢慢减少，由于自感作用阻碍电流减小，电感两端左负右正，输出端电压 Uo = Ui + UL，输出电压大于输入电压，此时有 Uo = Ui * 1 / (1 - D)，可通过改变 PWM 占空比来控制输出电压的大小。
　　Buck/ Boost 变换器，也称升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。它可看做是 Buck 变换器和 Boost 变换器串联而成，合并了开关管。当开关管导通时，输入电流从流过电感直接到地，右端输出主要由电容放电来维持，Uon = Ui - Uq，通常忽略 Uq 的压降，即 Uon = Ui。当开关管关闭时，电感电流从地流向负载 R 和电容 C，流经二极管后回到电感，这是 L 释放能量和电容充电的过程，Uoff = Uo - Ud，二极管的压降一般忽略不计，即 Uoff = Uo，此时可得 Uo = Ui * D / (1 - D)。若要控制输出电压是降压还是升压，可通过调节 PWM 波的占空比，如果占空比大于 1/2，升压；反之降压。

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