张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计
开关电源是一种非线性电源，它的主要特点是具有高效率、小体积、轻重量、稳定性好等优点，因此被广泛地应用于各个领域。

开关电源的原理是实现对输入电源电流的高速开/关，通过电感储存能量，使输出电压保持稳定。

本文将介绍开关电源的基本原理和设计方法。

一、基本原理
开关电源的基本组成部分包括输入端、输出端、开关器、能量存储元件和控制电路。

输入端一般接入AC或DC电源，输出端连接负载电阻或电源。

开关器的作用是将电源电流高速开/关，这里采用的常见开关器有MOSFET和IGBT等。

这些器件可以实现快速开关以及高效能的转换，从而实现高效的能源转换。

能量存储元件一般使用电感器或电容器，其作用是将输入电能储存为磁场或电场，并在开关器关闭时将其释放，从而保持输出电压稳定。

控制电路主要包括PWM调制器、反馈电路和保护电路。

PWM调制器的作用是产生一定频率和占空比的脉冲信号，控制开关器的开/关时间，从而实现电压的稳定输出。

反馈电路的作用是检测负载端的电压变化并调整PWM调制器输出的脉冲信号，使输出电压保持稳定。

保护电路主要是用于保护开关器、负载端和控制电路，例如过压，过流和短路等情况。

二、设计方法
开关电源设计的关键是确定开关器、电感器或电容器的参数，以及PWM调制器的频率和占空比等参数。

下面介绍一些重要的设计步骤。

1. 确定输出参数
首先需要确定输出电压和电流的参数，即电源需要提供给负载端的电压和电流。

这取决于负载端的需求以及与之匹配的开关器和能量存储元件的能力。

2. 选择开关器和能量存储元件
根据输出参数确定适合的开关器和能量存储元件。

选择开关器时需要考虑它的导通电阻、频率响应、容错限制和工作温度等特性。

电感器和电容器的选择与开关器特性有关，例如电感器的选取应该考虑其电感值和最大电流能力，电容器的选取应该考虑其耐压能力和损耗电流等因素。

3. 设计PWM调制器
根据输出参数确定PWM调制器的频率和占空比等参数。

频率取决于开关器的特性和能量存储元件的大小，占空比取决于输出电压的需求。

在设计PWM调制器时，需要考虑其稳定性和线性性，以确保输出电压的稳定性。

4. 设计反馈电路
设计反馈电路可以实现输出电压的稳定控制。

反馈电路包括负载端电压检测电路和误差放大器。

负载端电压检测电路可以直接或通过隔离电路来检测负载端电压，误差放大器则可以调整PWM调制器输出的脉冲宽度和频率，使输出电压保持稳定。

保护电路用于保护开关器、负载端和控制电路，并防止由于过压、过流、短路等不正常情况下的损坏。

保护电路主要包括电路保险丝、过流保护、过压保护等。

总之，开关电源是一种重要的非线性电源，具有高效率、小体积、轻重量、稳定性好等优点。

在设计开关电源时，需要确定输出参数、选择开关器和能量存储元件、设计PWM 调制器、反馈电路和保护电路等关键参数，以实现高效能的能源转换和稳定电压输出。