摘要： 随着现代电力电子技术的快速发展，使开关电源技术也得到了很大程度的更新与进步。开关电源的高频化、模块化和数字化的发展，使其被广泛的应用于电子、通信、航天、医疗等各个领域。本文阐述了开关电源的基本原理及组成，对开关电源的不同技術发展阶段的发展历程进行了论述，总结了不同技术的特点，并展望了开关电源的发展趋势。
Abstract： With the rapid development of modern power electronics technology， the switching power supply technology has also been largely updated and improved. The development of switching power supply with high frequency， modularization and digitalization. It has been widely used in electronics， communications， aerospace， medical and other fields. In this paper the basic principle and composition of switching power supply is described， the development course of different technology development stages of switching power supply is discussed. The characteristics of different technologies are summarized， and the development trend of switching power supply is prospected.
关键词： 开关电源；硬开关；软开关；同步整流；数字控制
Key words： switching mode power supply；hard switching；soft switching；synchronous rectification；digital control
中图分类号：TM56 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）14-0269-03
0 引言
随着世界经济全球化和我国国民经济的飞速发展，国防、航空、通信、信息、电力等行业对电力电子设备的需求越来越大，品质要求也越来越高。其中电源作为用电设备的心脏，为设备提供动力。开关电源之前，线性电源和相控电源是当时应用最广泛的直流电源。随着电力电子技术的发展，开关电源的出现使电源系统的应用领域不断扩大，趋于小型化和低成本的同时，提出了更多的要求，如开关电源的体积小、效率高、灵活性好等。开关电源作为高效节能电源，代表着稳压电源的发展方向。随着半导体技术和制造工艺的创新与发展，使半导体功率器件的可靠性和响应速度不断提高，器件的导通损耗越来越小，同时开关电源的系统可靠性、稳定性、电磁兼容性及效率得到了很大程度上提高，有助于改善系统的动态参数，提高工作频率，逐渐向高频化发展。由于数字控制技术的迅猛发展，使开关电源逐渐走向智能控制的时代。本文对开关电源的基本原理与电路构成进行了阐述，重点对开关电源的不同发展阶段的发展路径和技术特点进行介绍和总结，并展望了开关电源的发展趋势。
1 开关电源的基本原路与电路构成
1.1 开关电源的基本原理
依照控制原理不同，可将开关电源分为三类工作方式，即脉冲频率调制式、脉冲宽度调制式、混合调制式。
①脉冲频率调制方式，简称脉频调制（Pulse Frequency Modulation，缩写为PFM）式。其特点是保持脉冲宽度不变，通过改变开关频率来控制占空比，进而实现稳压目的。脉频调制器是其核心。在电路设计中，用固定脉宽发生器来代替脉宽调制器中的锯齿波发生器，并通过电压/频率转换器（例如压控振荡器Vco）改变频率。其稳压原理是：当输出电压Uo升高时，控制器输出信号的脉冲宽度不变而周期变长，使占空比减小，Uo降低。PFM式开关电源的输出电压调节范围很宽，输出端可不接假负载。
②脉冲宽度调制式，简称脉宽调制（Pulse Width Modulation，缩写PWM）式。其特点是保持开关频率不变，通过改变脉冲宽度来控制占空比，进而实现稳压目的。脉宽调制器是其核心。固定开关周期十分有利于滤波电路的设计。但其也存在明显缺点，即受功率开关最小导通时间的制约。当前多数集成开关电源采用PWM方式。
③混合调制方式，是指脉冲宽度与开关频率均不固定，彼此都能改变的方式，它属于PWM和PFM的混合方式。它包含了脉宽调制器和脉频调制器。由于tp和T均可单独调节，因此占空比调节范围最宽，适合制作供实验室使用的输出电压可以宽范围调节的开关电源。
以上3种工作方式统称为“时间比率控制”（Time Ratio Control，简称TRC）方式。需要注意的是，脉宽调制器不仅能够被应用在独立的集成电路中，还能够被应用在DC/DC变换器及AC/DC变换器中。其中，开关电源通常为AC/DC电源变换器，开关稳压器属于DC/DC电源变换器。
1.2 开关电源的组成
图1表示开关电源的典型结构，其工作原理：市电进入电源首先经整流和滤波转为高压直流电，然后通过开关电路和高频开关变压器转为高频率低压脉冲，再经过整流和滤波电路，最终输出低电压的直流电源。同时在输出部分有一个电路反馈给控制电路，通过控制PWM占空比以达到输出电压稳定。
