开关电源的技术应用月盘点

开关电源的应用越来越多，相关技术也在不断的进步和稳定。许多刚投身于此的工程师或者毕业生，或许需要对此有一个新的，普及型的认知。本文整理了近一个月的开关电源资料，希望能给从业者带来帮助。

　　开关电源技术四大发展趋势

　　目前中国制造的开关电源占了世界市场的80%，但是高端市场上几乎没有我们的份额。我国目前能源紧缺，而电源行业又是一个与能源消耗密切相关的行业，所以需要政府以及学会团体应该在几个方面给电源的发展方向作出指导。

　　一、非隔离DC/DC技术迅速发展

　　近年来，非隔离DC/DC技术发展迅速。目前一套电子设备或电子系统由于负载不同，会要求电源系统提供多个电压挡级。如台式PC机就要求有+12V、+5V、+3.3V、-12V四种电压以及待机的+5V电压，主机板上则需要2.5V、1.8V、1.5V甚至1V等。一套AC/DC中不可能给出这样多的电压输出，而大多数低压供电电流都很大，因此开发了很多非隔离的DC/DC，它们基本上可以分成两大类。一类在内部含有功率开关元件，称DC/DC转换器。另一类不含功率开关，需要外接功率MOSFET，称DC/DC控制器。按照电路功能划分，有降压的STEP-DOWN、升压的BOOST，还有能升降压的BUCK-BOOST或SEPIC等，以及正压转成负压的INVERTOR等。其中品种最多，发展最快的还是降压的STEP-DOWN。根据输出电流的大小，分为单相、两相及多相。控制方式上以PWM为主，少部分为PFM。

　　在非隔离的DC/DC转换技术中，TI公司的预检测栅驱动技术采用数字技术控制同步BUCK，采用这种技术的DC/DC转换效率最高可以达到97%，其中TPS40071等是其代表产品。BOOST升压方式也出现了采用MOSFET代替二极管的同步BOOST的产品。在低压领域，增加效率的幅度很大，而且正在设法进一步消除MOSFET的体二极管的导通及反向恢复问题。

　　二、开关电源吹响数字化号角

　　目前在整个的电子模拟电路系统中，电视、音响设备、照片处理、通讯、网络等都逐步实现了数字化，而最后一个没有数字化的堡垒就是电源领域了。近年来，数字电源的研究势头不减，成果也越来越多。在电源数字化方面走在前面的公司有TI和Microchip。TI公司既有DSP方面的优势，又兼并了PWMIC专业制造商UNITRODE公司，该公司已经用TMS320C28F10制成了通讯用的48V输出大功率电源模块，其中PFC和PWM部分完全为数字式控制。

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　　开关电源的合理设计

　　开关电源分为，隔离与非隔离两种形式，在这里主要谈一谈隔离式开关电源的拓扑形式，在下文中，非特别说明，均指隔离电源。隔离电源按照结构形式不同，可分为两大类：正激式和反激式。反激式指在变压器原边导通时副边截止，变压器储能。原边截止时，副边导通，能量释放到负载的工作状态，一般常规反激式电源单管多，双管的不常见。正激式指在变压器原边导通同时副边感应出对应电压输出到负载，能量通过变压器直接传递。按规格又可分为常规正激，包括单管正激，双管正激。半桥、桥式电路都属于正激电路。

　　正激和反激电路各有其特点，在设计电路的过程中为达到最优性价比，可以灵活运用。一般在小功率场合可选用反激式。稍微大一些可采用单管正激电路，中等功率可采用双管正激电路或半桥电路，低电压时采用推挽电路，与半桥工作状态相同。大功率输出，一般采用桥式电路，低压也可采用推挽电路。

　　反激式电源因其结构简单，省掉了一个和变压器体积大小差不多的电感，而在中小功率电源中得到广泛的应用。在有些介绍中讲到反激式电源功率只能做到几十瓦，输出功率超过100瓦就没有优势，实现起来有难度。本人认为一般情况下是这样的，但也不能一概而论，PI公司的TOP芯片就可做到300瓦，有文章介绍反激电源可做到上千瓦，但没见过实物。输出功率大小与输出电压高低有关。

　　反激电源变压器漏感是一个非常关键的参数，由于反激电源需要变压器储存能量，要使变压器铁芯得到充分利用，一般都要在磁路中开气隙，其目的是改变铁芯磁滞回线的斜率，使变压器能够承受大的脉冲电流冲击，而不至于铁芯进入饱和非线形状态，磁路中气隙处于高磁阻状态，在磁路中产生漏磁远大于完全闭合磁路。

　　脉冲电压连线尽可能短，其中输入开关管到变压器连线，输出变压器到整流管连接线。脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变压器电路中X电容要尽量接近开关电源输入端，输入线应避免与其他电路平行，应避开。Y电容应放置在机壳接地端子或FG连接端。共摸电感应与变压器保持一定距离，以避免磁偶合。

输出电容一般可采用两只一只靠近整流管