开关电源的原理及发展趋势

根据控制原理，开关电源可以分为以下三种工作模式:

1)脉宽调制(PWM)。其主要特点是开关周期恒定，通过改变脉宽来调节占空比，达到稳压的目的。其核心是脉宽调制器。固定的开关周期为设计滤波器电路提供了便利。但其缺点是由于功率开关最小导通时间的限制，输出电压不能在很宽的范围内调节；另外，输出端一般接一个假负载(也叫预载)，防止空载时输出电压。

站起来。目前大部分集成开关电源采用PWM方式。

2)脉冲频率调制方式，缩写为脉冲频率调制(PFM)。其特点是脉宽固定，通过改变开关频率来调节占空比，达到稳压的目的。其核心是脉冲频率调制器。在电路设计中，要用固定脉宽发生器代替脉宽调制器中的锯齿波发生器，用压频转换器(如压控振荡器VCO)来改变频率。其稳压原理是:当输出电压Uo上升时，控制器输出信号的脉宽保持不变，周期变长，使占空比减小，Uo减小。PFM开关电源的输出电压调节范围很宽，输出端可以不接假负载。

3)混合调制是指脉宽和开关频率不是固定的，而是可以变化的，属于PWM和PFM的混合模式。它包括脉宽调制器和脉冲频率调制器。由于和T均可独立调节，占空比可在最宽范围内调节，适合制作实验室用输出电压宽可调的开关电源。

以上三种工作模式统称为“时间比例控制”(TRC)模式。需要指出的是，脉宽调制器可以作为独立的集成电路使用(如UC3842脉宽调制器)，也可以集成到DC/DC转换器中(如LM2576开关稳压集成电路)，还可以集成到交流/DC转换器中(如TOP250单片开关电源集成电路)。其中，开关调节器属于DC/DC功率变换器，开关电源一般为交流/DC功率变换器。

发展趋势:

1)小型化、薄型化、轻量化、高频化。开关电源的体积和重量主要由储能元件(磁性元件和电容)决定，所以开关电源的小型化本质上就是尽可能减小储能元件的体积。在一定范围内，开关频率的提高不仅可以有效减小电容、电感和变压器的尺寸，还可以抑制干扰，提高系统的动态性能，因此高频化是开关电源的主要发展方向。

2)可靠性高。开关电源的元器件是连续电源的十倍，降低了其可靠性。从寿命的角度来看，电解电容、光耦、排气扇的寿命决定了电源的寿命。因此，从设计的角度来看，应该使用尽可能少的器件来提高集成度，采用模块化技术来满足分布式电源系统的需求，提高系统的可靠性。

3)噪音低。开关电源的缺点之一就是噪音大。单纯追求高频会增加噪音。采用部分谐振变换回路技术，从原理上既能提高频率又能降低噪声，所以尽可能降低噪声影响是开关电源的另一个发展方向。

4)采用计算机辅助设计和控制。采用CAA和CDD技术设计最新的变换拓扑和最佳参数，使开关电源具有最简单的结构和最佳的工作状态。电路中引入微机检测和控制，可形成多功能监控系统，实时检测、记录、自动报警。

5)低输出电压技术。随着半导体制造技术的不断发展，微处理器和便携式电子设备的工作越来越低，这就要求未来的DC-DC转换器提供较低的输出电压，以满足微处理器和便携式电子设备的供电要求。开关电源的发展一直与半导体器件和磁性元件的发展密切相关。高频的实现需要相应的高速半导体器件和性能优良的高频电磁元件。功率M O S F E T、I G B T等新型高速器件的发展，高频用低损耗磁性材料的开发，磁性元件结构和设计方法的改进，滤波电容介电常数的提高及其等效串联电阻的降低，对开关电源的小型化一直起着巨大的推动作用。

总之，在开关电源技术领域，人们在开发新元器件的同时，开发低损耗环路技术，相互促进，推动开关电源以每年两位数以上的市场增长率向小、薄、高频、低噪声、高可靠性发展。