电源犹如人体的心脏，是所有电设备的的动力，但电源却不像心脏那样形式单一。因为标志电源特性的参数有功率、电压、频率、噪音及带负载时参数的变化等，在同一参数要求下，又有体积。重量、形态、效率、可靠性等指标。人们可按此去“塑造和完美电源，因此电源的形式是极多的。本设计重点介绍开关电源的原理和设计方法。

  式中，T表示开关S的开关重复周期；TON表示开关S在一个开关周期中的导通时间。

  由式(1-1)和式（1-2）能够准确的看出，若开关周期T一定，改变开关S的导通时间TON，即可改变脉冲占空比D，进而达到调节输出电压的目的。T不变，只改变TON来实现占空比调节的稳压方式叫做脉冲宽度调制（PWM）。由于PWM式的开关频率固定的，输出滤波电路非常容易设计，易实现最优化，因此PWM式开关电源用得比较多。若保持TON不变，利用改变开关频率ƒ=1/T实现脉冲占空比调节，以此来实现输出直流电压Uo稳压的方法，称做脉冲频率调节（PFM）。由于该方式的开关频率不固定，因此输出滤波电路的设计不易实现最优化。即改变TON,又改变T，实现脉冲占空比调节的稳压方式叫做脉冲调频调宽方式。在各种开关电源中，以上三种脉冲占空比调节的稳压方式均有应用。

  开关电源有好多优点，一是稳压范围宽，在一些范围内输出电压与输入电压变化无关，电源可以在80V－240都能够顺利工作，是其它方式电源不能够比拟的。二是效率高，由于采用开关震荡工作方式，热损耗特别少，发热低。三是结构相对比较简单，相对于其它相同功率的电源，开关电源的体积与重量要少得多。因此，在众多的电子设备中，开关式电源已经是相当普遍。

  自激式开关电源触发开关管的信号由自激振荡产生，在某些特定的程度上简化了电路。基本的自激式开关电源是不隔离式的，输入电压经开关管控制后构成输出电压，输入与输出共有负极为公共端。采用不隔离的开关电源的用电设备当由市电整流输出时，用电设备可能接有交流高压的输入，因此其应用条件和范围有所限制。

  开关电源的原理已经应用了100多年。然而，随开关电源的磁性元件、开关器件和整流器三大主要元器件的加快速度进行发展，开关电源才进入了加快速度进行发展的阶段。何谓开关电源，是利用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变成另一种电源形态。在转变时用自动控制闭环并有保护环节稳定输出电压的装置。

  今年来，国内直流开关电源技术无论是理论研究，还是生产应用已有相当的成果和规模。高频、高效、高功率密度、高功率因素、高可靠性、高电气指标等特征，使开关电源具有更强的竞争力，应用领域逐步扩大。各种开关电源设备在用户、工业、医疗、交通、国防领域已大范围的应用，取得了显著地社会效益和经济的效果与利益。开关电源涉及多个学科，如电子技术、电力电子技术、计算机技术、集成电路技术、控制理论、变换技术、电磁材料等，开关电源是技术集密性产品，不再是一个普通电源。但是目前用户对其了解甚少，维护使用方面有一定的问题较多，因此慢慢的变多开关电源产品的使用，与多数用户对开关电源的知识缺乏这一矛盾一天比一天突出。所以，快速普及开关电源的原理知识势在必行。

  开关电源有两种主要的工作方式：正激式变换和升压式变换。尽管它们各部分的布置差别很小，但是工作过程相差很大，在特定的应用场合下各有优点。

  开关电源的组成如图1-2所示。其中DC/DC变换器用以进行功率交换，它是开关电源的核心部分；驱动器是开关信号的放大部分，对来自信号源的开关信号进行放大和整形，以适应开关管的驱动要求；信号源产生控制信号，该信号由他激或自激电路产生，可以是PWM信号、PFM信号或其他信号；比较放大器对给定信号和输出反馈信号进行比较运算，控制开关信号的幅值、频率、波形等，通过驱动器控制开关器件的占空比，以达到稳定输出电压值的目的。除此之外，开关电源还有辅助电路，包括启动、过流过压保护、输入滤波、输出采样、功能指示等电路。

  开关电源是利用现代电力技术，控制开关晶体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。

  开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式，与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）/功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。与线性电源相比，PWM开关电源更有效的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就能够最终靠变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就能增加输出的电压值。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。控制器的最大的目的是保持输出电压稳定，其工作过程与线性形式的控制器很类似。也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调节器相同。他们的不同之处在于，误差放大器的输出（误差电压）在驱动功率管之前要经过一个电压/脉冲宽度转换单元。

  它的输出可分多组抽头，一般输出有5V、12V、14V、18V、26V、52V、115V、190V等。电视机、显示器、打印机等都用的是开关电源。

  交流输入、直流输出的开关电源将交流电转化为直流电，高频逆变-变压器-高频整流电路是开关电源的核心部分，电路采取的是隔离型直流-直流变流电路。针对不同的功率与输入电压，我们大家可以选取不同的电路。

  开关电源技术是一门运用半导体功率器件实现电能的高频率变换，将粗电变换成精电，以满足供电质量发展要求的技术。由于在开关电源中半导体功率器件工作在高频开关方式，因此它具有高效率，高功率密度，高可靠性。由于开关电源的突出优点，开关电源更替线性电源是发展的必然趋势。近年来，由于微型计算机的普及，通信行业的迅猛发展，推动了开关电源技术的进步和产业的迅速发展。

  整流电路普遍采用二级管构成桥式电路，直流侧采用大电容滤波，电路结构相对比较简单、工作可靠、成本低，效率比较高。

  开关电源的工作原理可以用图1-1进行说明。图中输入的直流不稳定电压Ui经开关S加至输出端，S为受控开关，是一个受开关脉冲控制的开关调整管，若使开关S按要求改变导通或断开时间，就能把输入的直流电压Ui变成矩形脉冲电压。这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波后就可得到稳定的直流输出电压Uo。

  广义上说，凡用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变成为另一形态的主电路都叫做开关变换器电路，转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节则称为开关电源。开关电源主要组成部分是DC-DC变换器，因为它是变换的核心，涉及频率变换。

  开关电源输入端直接将交流电整流变成直流电，再在高频震荡电路的作用下，用开关管控制电流的通断，形成高频脉冲电流。在电感（高频变压器）的帮助下，输出稳定的低压直流电。由于变压器的磁芯大小与他的工作频率的平方成反比，频率越高铁心越小。这样就可以大幅度减小变压器，使电源减轻重量和体积。而且由于它直接控制直流，使这种电源的效率比线性电源高很多。这样就节省了能源，因此它受到大家的青睐。