一、開關電源：是一種高頻化電能轉換裝置，其主要利用電力電子開關器件(如晶體管、MOS管、可控晶閘管等)，通過控制電路，使電子開關器件周期性地"接通"和"關斷"，讓電力電子開關器件對輸入電壓進行脈沖調制，從而實現電壓變換以及輸出電壓可調和自動穩壓的功能。

開關電源的優勢：①功耗低，效率高。②體積小，重量輕。③穩壓範圍寬。

開關電源的損耗來源：①開關管損耗。②電感電容損耗。③二級管損耗。

開關電源的損耗分析：開關電源的效率可以達到90%以上，如果精心優化與設計，甚至可以達到95%以上，這在以電池作為電力來源的場合非常重要，例如手機、小型無人機等。因此開關電源設計的優劣程度将直接影響設備的續航能力。

(1)、開關管損耗：這是開關電源的主要損耗，主要包括開關損耗、導通損耗。因此應該盡量選擇導通電阻比較小的開關管作為開關電源的核心元器件。

(2)、電感電容損耗：電感損耗主要包括直流電阻損耗，電容損耗主要包括漏電流損耗。因此應該盡量選擇直流電阻較小的電感和漏電流較小的電容元器件。

(3)、二極管損耗：主要包括導通損耗和開關損耗。因此應該盡量選擇導通壓降較小，反向恢複時間較短的二極管，例如肖特基二極管或快恢複二極管等。

二、開關電源的分類：

按照調制方式的不同可分為脈寬調制(PWM)和脈頻調制(PFM)兩種，目前脈寬調制(PWM)在開關電源中占據主導地位。

按照管子的連接方式可分為串聯式開關電源、并聯式開關電源和變壓器式開關電源三大類。

按照輸出電壓的不同可分為降壓式開關電源和升壓式開關電源兩種。

按照輸入輸出類型可分為：AC-AC、DC-AC、AC-DC、DC-DC四種，這裡以DC-DC為主進行介紹。

按照是否有電氣隔離可分為隔離型開關電源和非隔離型開關電源兩種。

三、開關電源的三種基本拓撲結構(以非隔離型為主)：

DC/DC變換器一般都包括兩種基本工作模式：電感電流連續模式(CCM)、電感電流斷續模式(DCM)。

(1)Buck降壓式：

對于CCM工作模式：

當Q1導通時，續流二極管截止，忽略NMOS管的導通壓降，電感電流呈線性上升，此時電感的正向伏秒為：(Vin - Vo)×Ton

當Q1截止時，電感電流不能突變，經過續流二極管(忽略二極管的導通壓降)形成回路，給輸出負載供電。此時電感電流下降，電感的反向伏秒為：Vo×(T - Ton)

根據電感電壓伏秒平衡定律可得：(Vin - Vo)×Ton = Vo×(T - Ton) ，即：Vo = Vin×( Ton / T ) = Vin×D (D 為占空比)。

對于DCM工作模式：

當Q1導通時，續流二極管截止，忽略NMOS管的導通壓降，電感電流呈線性上升，此時電感的正向伏秒為：(Vin - Vo)×Ton

當Q1截止時，且滿足 Td 時間内，電感電流不能突變，經過續流二極管(忽略二極管的導通壓降)形成回路，給輸出負載供電。此時電感電流下降到零，電感的反向伏秒為：Vo×Td

當Q1截止時，且滿足Tc 時間内，此時電感電壓和電流均為零。

根據電感電壓伏秒平衡定律可得：(Vin - Vo)×Ton = Vo×Td ，即：Vo = Vin×( Ton / (Ton Td) )。

(2)Boost升壓式：

對于CCM工作模式：

當Q1導通時，忽略NMOS管的導通壓降，電感的電流線性增加；在此過程中，由于整流二級管D1的反偏截止，因此負載由電容C1提供能量，維持負載工作。因此電感的正向伏秒為：Vin×Ton

當Q1截止時，由于電感的反電動勢作用，電感的電流不能瞬時突變，電感通過D1,C1,RL回路給電容充電并維持負載工作。這裡忽略二極管的導通壓降，因此電感的反向伏秒為：(Vo - Vin)×(T - Ton)

根據電感電壓伏秒平衡定律可得：Vin×Ton = (Vo - Vin)×(T - Ton) ，即：Vo = Vin×( T / (T - Ton) ) = Vin / (1 - D)。

對于DCM工作模式：

當Q1導通時，忽略NMOS管的導通壓降，電感的電流線性增加；在此過程中，由于整流二極管D1的反偏截止，因此負載由電容C1提供能量，維持負載工作。因此電感的正向伏秒為：Vin×Ton

當Q1截止時，由于電感的反電動勢作用，電感的電流不能瞬時突變，電感通過D1,C1,RL回路給電容充電并維持負載工作。這裡忽略二極管的導通壓降，因此且滿足 Td 時間内，電感的反向伏秒為：(Vo - Vin)×Td

當Q1截止時，且滿足Tc 時間内，此時電感電壓為零。

根據電感電壓伏秒平衡定律可得：Vin×Ton = (Vo - Vin)×Td ，即：Vo = Vin×( (Ton Td) / Td )。

(3)Buck-Boost升降壓式：

對于CCM工作模式：

當Q1導通時，忽略NMOS管的導通壓降，電感的電流線性增加；在此過程中，由于二級管D的反偏截止，因此負載由電容Cf提供能量，維持負載工作。因此電感的正向伏秒為：Vin×Ton

當Q1截止時，由于電感的反電動勢作用，電感的電流不能瞬時突變，電感通過D,Cf,RL回路給電容充電并維持負載工作。這裡忽略二極管的導通壓降，因此電感的反向伏秒為：-Vo×(T - Ton)

根據電感電壓伏秒平衡定律可得：Vin×Ton = -Vo×(T - Ton) ，即：Vo = Vin×( Ton / (Ton - T) ) = -Vin×( D / (1-D) )。

對于DCM工作模式：

當Q1導通時，忽略NMOS管的導通壓降，電感的電流線性增加；在此過程中，由于二級管D的反偏截止，因此負載由電容Cf提供能量，維持負載工作。因此電感的正向伏秒為：Vin×Ton

當Q1截止時，由于電感的反電動勢作用，電感的電流不能瞬時突變，電感通過D,Cf,RL回路給電容充電并維持負載工作。這裡忽略二極管的導通壓降，因此電感的反向伏秒為：-Vo×Td

根據電感電壓伏秒平衡定律可得：Vin×Ton = -Vo×Td ，即：Vo = -Vin×(Ton / Td)。

四、開關電源的同步整流技術：由于二極管導通至少存在0.3V的導通壓降，因此續流二極管所消耗的功率将會成為DC/DC開關電源的主要功耗，從而嚴重地限制了效率的提升。為了解決這個問題，用導通電阻極小(一般為幾十毫歐左右)的MOS管取代續流二極管。然後通過控制器同時控制開關管和同步整流管，要保證兩個MOS管不能同時導通，否則将會發生短路，燒毀電路。

五、開關電源的負反饋技術：開關電源和LDO一樣是通過電壓負反饋網絡來實現電壓穩定的。因此開關電源的完整系統也一定包括：分壓取樣電路、基準電壓、誤差比較電路、占空比控制電路、晶體管(MOS管)調整電路五部分。

(1)、電感和電容組成低通濾波電路(盡量讓低通濾波器的截止頻率小于開關頻率為佳)，用于濾除開關電源輸出的紋波。下面是開關電源中電感值的計算公式(一般電源的紋波要求小于5%)。

(2)、提高開關電源的開關頻率會減小輸出的紋波。在同樣的條件下，開關頻率較高的芯片，其輸出的紋波較小，電感和電容值也會相對地小一些。但是有一點需要注意的是，開關頻率的提升也會提高開關管的開關損耗，造成開關電源效率的下降，因此如何折中性能是一個需要考慮的問題，這也是大自然的奇妙之處。

關電源的開關頻率會減小輸出的紋波。在同樣的條件下，開關頻率較高的芯片，其輸出的紋波較小，電感和電容值也會相對地小一些。但是有一點需要注意的是，開關頻率的提升也會提高開關管的開關損耗，造成開關電源效率的下降，因此如何折中性能是一個需要考慮的問題，這也是大自然的奇妙之處。

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