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摘要：随着电力电子技术的发展和创新，开关电源技术也在不断地创新。开关电源是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式，以体积小、重量轻等特点被广泛应用的同时，不可避免的存在运行噪声大的缺点，使用过程中也有很多值得注意的地方。鉴于此，本论文主要介绍开关电源的原理与使用体会。
关键词：开关电源；原理；使用
1、开关电源的分类
顾名思义，开关电源就是利用电子开关器件(如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等)，通过控制电路，使电子开关器件不停地“开通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，维持稳定输出电压的一种电源。
开关电源一般有三种工作模式：频率、脉冲宽度固定模式，频率固定、脉冲宽度可变模式，频率、脉冲宽度可变模式。前一种工作模式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换；后两种工作模式多用于开关稳压电源。另外，按照开关电源内部的拓扑结构，开关电源还分为隔离型和非隔离型，前者内部有变压器，后者内部无变压器。
2、开关电源的原理分析
任何电子设备都要有电源提供电能。电子设备的电源主要有两大类型：一种是线性电源，另一种是开关电源。从20世纪70年代起，开关电源就在国内外的多种电子设备中应用，它以重量轻、体积小、功耗小、效率高等特点被广泛应用于几乎所有电子产品，从计算机、显示器、办公设备到手机充电器，它的身影无处不在。
图1开关电源基本电路框图
开关电源的基本电路框图如图1所示，其组成包括输入整流滤波电路、高频变换器、输出整流滤波电路和控制电路，输入电压经整流电路和滤波电路整流滤波后，进入高频变换器被转换成所需电压值的方波，再将这个方波电压经整流滤波变为所需的直流电压。
控制电路为一脉冲宽度调制器，主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成，用来调整高频开关元件的开关时间比例，已达到稳定输出电压的目的。在开关电源的整个工作过程中，要保证稳压控制电路的完整性和系统性，相较于基准电压，会产生一定数值的误差电压，这就需要借助改变脉冲的频率和宽度进行相应参数的纠正，从而对运行时间的长短以及相应频率进行集中整合和分析，最终调整出电压高低数值参数，真正实现稳压控制的相关要求。
3、开关电源的使用
3.1、开关电源的选择
开关电源种类繁多，要选择一个合适的开关电源，有很多需要注意的地方，首先，要确定电压和电流范围，这是两个最容易确定的指标，只要根据电路的功耗计算即可得出，大多数固定电源运行输出电压在±10%的范围内变化，如果这不能满足电路要求，可选用输出可调的或允许更大变化范围的电源，而为了保证电源的使用寿命，一般选择多10%～30%输出功率的电源芯片，当一个电源不能满足所需的电压或电流范围时，也可考虑将两个或多个电源（或同一个电源的不同输出）并联或串联起来使用；其次，需要考虑电路的负载特性，尤其需要注意开机瞬间是否会存在较大电流，应选用合适的电源以免过载，否则可能会造成电源反复重启；第三，需要考虑电源的工作环境温度，在过高的环境温度条件下，开关电源的寿命和性能都会有所下降，需减额输出，必要时也可增加额外的辅助散热设备如散热片等，以改善电源的工作环境；最后，需要考虑开关电源的体积，在电子设备内或印制板上占用的空间大小能否满足产品的需求。
3.2、设计电路的注意事项
开关电源的工作方式具有其特殊性，它不仅是电压、电流源，在一定程度上，还可以近似看成是信号源，开关电源的工作原理决定了它比线性电源会产生更多的干扰，一般而言，开关电源的工作频率越高，其输出纹波噪声就越小，电源动态响应也更好，但是对开关管的损耗也会随之加大，对元件寿命、成本都会有所影响，因此，在开关电源的使用中，尤其要注意采取滤波、接地和屏蔽措施。
电感常为储能元件，常与电容共用在开关电源的输入输出端口，用于平滑电流；电容与电感一样也是储存电能和传递电能的元件，但对频率的特性却刚好相反，主要是“吸收”纹波，具有平滑电压波形的作用。在开关电源的使用过程中，应充分考虑开关电源的工作频率、电压、纹波、用电电路的耐受能力等，使用电感、电容等器具构成滤波电路，对开关电源的输出进行滤波，同时还要对开关电源进行可靠接地，一般而言，开关电源具有专用的接地端子，将其与大地或产品机壳连接即可。电源芯片的外围电路可参考其手册中提供的参考电路，再根据实际需要进行适当的修改。电容、电感等器件应尽量选用标准值，以便采购。
在开关电源电路的设计中，若存在输入电流过大的可能，可能会对整个电路造成损害，应在开关电源的前端选用相应的保险丝，对整个电路进行过载保护。
3.3、使用开关电源的注意事项
（1）为保证使用的安全性和减少干扰，使用开关电源时要确保接地端可靠接地；
（2）焊接时，静电防护措施要做好，有的芯片很敏感，容易造成静电击穿；
（3）检查安装是否牢固，安装螺丝与电源板器件有无接触，测量外壳与输入、输出的绝缘电阻，以免触电；
（4）通电之前，检查输入输出的引线是否连接正确，以免损坏用电设备。
4、结束语
电源是电路设计的基础，设计开关电源必须综合考虑成本、解决方案、尺寸与所需输出功率等多种因素，在使用开关电源的过程中要运用正确的方法并注意安全性、可靠性。本文主要介绍了在开关电源设计与使用过程中的一些体会。
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