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摘要：在电子设备中，电源性能的好坏关系到电子设备能否安全可靠地工作以及其他技术指标，因此，电源是电子设备中必不可少的组成部分。本文通过介绍开关电源的相关组成部分及它的脉冲宽度调制方式、脉冲频率调制方式以及混合调制方式3种基本工作原理，从而对开关电源的发展进行讨论。
关键词：开关电源组成部分基本原理发展探析
引言：电源作为电子设备中必不可少的组成部分，电源是各种电子设备必不可少的组成部分，它的性能好坏直接影响到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。目前常用的直流稳压电源分为线性电源和开关电源两大类[1]。线性稳压电源亦称串联调整式稳压电源，其稳压性能好，输出纹波电压很小，但它必须使用笨重的工频变压器与电网进行隔离，并且调整管的功率损耗较大，致使电源的体积和重量大、效率低。开关电源被誉为高效节能电源，它是利用现代电力电子技术，通过控制开关通断的时间比率来维持输出电压稳定的一种电源，具有体积小、重量轻、功率小、效率高、纹波小、噪声低、易扩容、智能化程度高等优良特性，广泛应用在诸如计算机、电视机、摄像机等电子设备上。它代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品
一、开关电源的组成
开关电源由以下4部分构成：
1）主电路：主电路是指从交流电网输入，到直流输出的主要电路。主电路主要包括输入滤波器、整流与滤波、逆变、输出整流与滤波等5个部分。
（1）输入滤波器：输入滤波器主要是过滤存在电网上的杂波，并且阻止这些杂波反馈到公共电网端。
（2）整流与滤波：整流与滤波是指为使下一级进行变换，将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。
（3）逆变：逆变过程刚好与整流过程相反，逆变过程是将整流后的直流电变为高频交流电。逆变是开关电源中最重要的部分，当它的频率越高，它的体积、与输出功率之比就越小。
（4）输出整流与滤波：这个过程主要是根据负载的需要，为电路提供稳定可靠的直流电源。
2）控制电路：控制电路主要体现在两个方面：一方面是从输出端取样，将在输出端的取样与设定的标准进行比较，通过对逆变器进行控制，来改变其脉宽或者是其频率，从而保证电路的输出稳定。另一方面是对测试电路测试的电路数据，由保护电路对这些数据进行鉴别，从而为通过控制电路来对整机进行各种保护措施。其中主要包括对电路输出端进行取样、反馈电路与脉宽调制器。
3）检测及保护电路：检测及保护电路包括检测电路与保护电路两大部分。其中，检测电路包括对电流进行检测、对过电压、欠电压等进行检测、对过热进行检测等等；保护电路又分为对过电流、过电压、欠电压等进行保护、对箝位进行保护、对过热进行保护、对自动重启动、软启动、缓启动等多种类型进行保护。
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4）其他电路：其他电路主要包括锯齿波发生器、偏置电路、光耦合器等电路。
二、基本原理
按控制原理进行分类，开关电源大致分为3种工作方式：
1.脉冲宽度调制式。该方式一般简称为脉宽调制，即PWM。该方式是将开关的频率进行固定，通过改变脉冲的宽度来调节占空比，从而实现稳压的目的。该方式的核心是脉宽调制器，虽然固定的开关周期为滤波电路的设计提供了极大的方便，但因为受到开关最小导通时间的限制，该方式不能对输出的电压进行宽度的调节。目前，PWM是大多数集成开关电源采用的方式。
2.脉冲频率调制方式。该方式一般简称为脉频调制，即PFM。该方式的脉冲宽度是固定不便的，通过调节开关的频率来调节占空比，从而达到稳压的目的。脉频调制器作为该方式的核心，并且将脉宽发生器进行固定来实现脉宽调制器中锯齿波发生器的作用。
3.混合调制方式。该方式的脉冲宽度与开关频率均不固定，都可进行改变。该方式是脉冲宽度调制方式与脉冲频率调制方式相结合，同时具有脉宽调制器与脉频调制器。另外，该方式由于tp与t都可单独进行调节，因此其空比调节范围最宽，可以用于实验室中使用的可以宽范围调节输出电压的开关电源。
三、开关电源的发展趋势
通过前面介绍的，可以看出开关电源虽比线性电源的效率高，节省能源，但是电路比较复杂，维修起来比较困难，对电路造成严重的污染。另外，电源产生很大的噪声，对于一些低噪声的电路并不适合。综上，对于开关电源今后的技术要求与发展趋势可以从以下四个方面来考虑：
1）小型化、薄型化、轻量化、高频化。要想使得开关电源的体积、重量等尽可能的减小，应对其储能元件的体积进行减小，因为开关电源的体积、重量等主要是由储能元件决定的，而储能元件主要包括磁性元件和电容。另外，还能够改善系统的动态性能，抑制干扰。因此，高频化将是我国今后重点发展方向。
2）高可靠性。开关电源的电路十分复杂，电路中使用的元器件也比连续工作电源的元器件少了数十倍，从而使得其可靠性较低。另外，电源的寿命取决于光耦合器、电解电容、排风扇等元器件的寿命，因此，在开关电源中，减少元器件的使用，使其集成度有所提高，并且通过比连续工作电源使用的模块化技术也可满足分布式电源系统的需要，进一步提高系统的可靠性。
3）低噪声。在我们追求开关电源高频化的同时，产生的噪声也随之增大。为了既能够提高频率，又能够减低产生的噪声，在原理上我们可采用部分谐振转换回路技术来实现。因此，降低电源产生的噪声也成为我们研究开关电源的重要方向。
4）采用计算机辅助设计和控制。为使开关电源能够是最简结构与最佳工况，我们采用采用CAA和CDD技术为开关电源设计最新的变换拓扑和最佳的参数。另外，可以将微机检测与控制加入到电路中，就可以对电路进行实时检测，记录数据，并且出现故障与问题时可及时进行报警，以便相关工作人员及时发现问题，更正问题。
随着电子技术的不断发展，开关电源也在不断地进步与追寻。人们在研究开关电源过程中，不仅在开发新型的元器件，而且同时在开发低损耗的回路技术，两者相互推进，使得开关电源离小型化、轻量化、薄型化、高频化以及低噪声的要求越来越接近。
四、结语
目前，电子设备中以计算机为主导的各种通信设备及终端设备等都离不开开关电源，且开关电源因其体型小、质量轻、效率高的特点，被广泛应用于几乎所有的电子设备，成为电子信息行业快速发展的不可或缺的一部分。当然，随着电子信息行业的快速发展，对于开关电源提出了更小更轻、效率更高、性能更好、可靠性也更高等的要求。目前，为了解决开关电源的问题，我国在不断的改进装连方法，并努力的开新器件、新材料，缩小体积、提高效率、降低价格，从而使得电源环境适配性的问题得以解决。另外，开关电源是强电流高频电路，因此，必须注意以下问题：电压调整器的输入与输出端口的电容必须和工作频率的高频电容相适应；射频辐射干扰与电感与导线的磁场干扰加以抑制等。可用有气隙（防磁饱和）的铁氧体作为磁芯的线圈屏蔽，来抑制辐射并作有效地磁屏蔽。再者，对于开关电源与其相关的元器件，都要进行较好的电磁屏蔽，并且输出的直流电压与电流也需经过良好的滤波方可。
随着电力电子技术的不断发展与创新，开关电源产业也随之富于广阔的发展前景。而要使得我国的开关电源产业的发展速度有进一步的提升，技术的创新是非常重要的，另外，将我国特色的产学研联合发展，从而加快我国国民经济的发展速度。
参考文献：
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[3]李靖，魏琳.开关电源基本原理、发展和趋势[J].光盘技术，2008，08：48.
[4]崔保春，王聪，程红.本质安全电源电路理论综述[J].电源世界，2006，12：1-6+31.
[5]熊文静，郑耀林，黄传明.开关稳压电源的原理及发展[J].仪器仪表用户，2007，02：3-4.
论文作者:刘璨1,陈爽2
论文发表刊物:《电力设备》2016年第18期
论文发表时间:2016/12/1
标签：开关电源论文; 电路论文; 方式论文; 电源论文; 脉冲论文; 电子设备论文; 频率论文; 《电力设备》2016年第18期论文;