自激式开关电源工作原理

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自激式开关电源，开关管自身参与了振荡的建立和维持，无需独立的电源芯片控制器。

自激式开关电源结构简单、成本极低，常见于早期电子产品、小功率适配器（如老式手机充电器）、以及一些对成本敏感的小家电中。

为便与理解，简图如下


自激式开关电源的关键在于利用开关变压器的一个辅助绕组即反馈绕组，来形成一个正反馈回路。这个回路能让开关管自动地、周期性地在“饱和导通”与“完全关断”两种状态之间切换，从而产生高频振荡。

工作原理分析

阶段一：启动与导通

①输入整流滤波：

与普通开关电源一样，市电AC经过整流桥和高压电容，变成约300V的直流电。

②启动偏置：

这个300V直流电一路加到开关变压器的主绕组（初级绕组）L1上，另一路通过一个启动电阻(RA)加到开关三极管VT的基极，为其提供一个微小的基极电流 。

③开始导通：有了基极电流 ，开关管开始从截止区进入放大区，产生集电极电流 。这个 电流开始流过变压器的主绕组L1。

阶段二：正反馈与饱和

①感应反馈电压：

当电流 开始流过主绕组L1时，根据电感定律和变压器同名端原理，会在所有绕组上产生感应电压。反馈绕组L2的同名端设计，使得它感应出的电压极性是：上端为正。

②正反馈形成：

这个正的反馈电压通过一个电容CB和电阻RB网络，进一步加强了开关管的基极电流 。

雪崩饱和：

开关管基极电流增大 → `集电极电流也急剧增大 → 流过L1的电流更大 →L2感应的正电压更高 →基极电流变得更大... 这个过程在极短的时间内像雪崩一样完成，使开关管迅速进入饱和导通状态。

此时，开关管完全打开，相当于一个接通的开关。300V电压几乎全部加在主绕组L1上，电流线性增长，电能被转化为磁能储存在变压器磁芯中。

阶段三：磁饱和与关闭（翻转过程）

开关管不能一直导通，否则变压器会饱和烧毁。关断的触发点就是磁芯饱和。

①磁芯饱和：

当开关管饱和导通期间，流过L1的电流持续线性增加，变压器磁芯中的磁通量也线性增加。当磁通量达到磁芯材料的饱和点时，磁通不再变化。

②电感量骤降：

磁芯一旦饱和，初级绕组L1的电感量会急剧下降，瞬间变得像一个导线。

③退出饱和：开关管从饱和区退回到放大区。此时，集电极电流的增长趋势被遏制，甚至开始有减小趋势。

④负反馈雪崩：一旦 `集电极电流 有减小趋势，根据电感定律，所有绕组上的感应电压极性会反转。反馈绕组L2的电压变为：上端为负。

⑤迅速关断：

这个负的电压通过反馈电路，强烈地拉低开关管的基极电流 。基极电流减小 →造成集电极电流急剧减小 →感应电压更负 →基极电流 被进一步拉低... 另一个雪崩过程发生，导致开关管被迅速拉入完全截止状态。

阶段四：能量释放

①磁场崩溃：

开关管关断后，变压器初级绕组L1的电流被切断，磁场开始快速崩溃。

②能量传递：根据楞次定律，崩溃的磁场会在所有绕组上感应出反向电动势。此时，次级输出绕组L3上的电压极性变得上正下负，使输出二极管VD正向偏置而导通。

③向负载供电：储存在变压器中的磁能通过导通的二极管，向次级的滤波电容充电，并向负载释放电能。这是电源真正向外部输出能量的阶段。

阶段五:开关管再次导通

①基极重置：

在关断期间，反馈绕组L2上的负电压会对反馈电容进行反向充电。同时，之前阶段三中给反馈电容充的电荷会通过电阻放电。这个过程的共同作用，使得开关管基极的电压从负值逐渐回升。

②新一轮启动：

当基极电压回升到足够高时，启动电阻RA提供的微小电流再次发挥作用，使开关管重新开始微导通，从而触发新一轮的“阶段二”正反馈过程。

如此周而复始，电路就自己激励自己，不断地振荡下去。

此外自激式电源也需要稳压，通常采用一种简单而巧妙的方式：

①采样与调控：

在输出端，通常会使用一个稳压二极管或配合光耦）来采样电压。

②分流开关：

采样电路会控制一个分流三极管。当输出电压过高时，稳压管击穿，使这个分流三极管导通。

③偷走”基极电流：

这个导通的分流三极管会并联在开关管的基极，相当于偷走了原本要提供给开关管的基极电流。

提前关断：基极电流被分流，意味着开关管会更早地退出饱和，缩短其导通时间（即减小占空比）。导通时间变短，传递到次级的能量减少，输出电压随之降低，达到稳压目的。

总而言之，自激式开关电源是利用了正反馈和磁饱和的物理特性来实现自振荡的一种非常巧妙的开关电源拓扑结构。

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