致谢 17 

小功率开关稳压电源的设计1. 绪论

1. 1 研究的背景和意义

小到生活中小电器，大到工业生产、军事、医疗重要方面都离不开电源的支持。和过往相比在同样面积的电路板上集成更多的元器件，就使得各种电子设备向超薄化、轻便化发展，尤其是小功率的电子产品，功率密度越开越大，所以作为这些电子设备的能量源泉的电源，就绝不能拖后腿，必须随之高度集成化和高效化。在这时传统的线性电源就显得力不从心，开关电源的高效节能性和小型轻量性，可靠性高的特点就获得了人们的青睐。

    开关电源的能量转化效率高，所用的塑料、铜、铁等材料显著减少，占用空间少、降低生产成本、有利于环境的保护符合现在倡导的低碳环保绿色生活。

1. 2 开关电源研究现状

从20世纪50年代开始，国外电子工程师就意识到传统的线性电源在很多场合无法满足需求，例如在航天、导弹潜艇、医疗设备等。这些设备在重量，和空间已经能量的转换效率要求极其苛刻，此时开关电源最先被NASA开发出来。 在20世纪80年代和90年代，生产工艺的提高芯片的集成化程度越来越高，观点随之进入快速发展期，在此之后的十多年里，很多电器公司相继研制出很多优秀的开关电源，开关电源得到极大的发展*吹冰+文-论^文\网|www.chuibin.com。

    在国外开关电源进入迅速发展期的时候，国内的开关电源研究才开始起步，技术上离成熟还相去甚远。但近十几年里由于国家对电子方面的大力支持以及各种电子产品的市场需求，促使国内加快了研究开关电源的脚步，相应的国产开关电源逐步增大了市场占有率。例如中国开关电源的先驱者北京迪赛，还有现在做开关电源很优秀的雷能、台达等公司。

    电子领域生产工艺不断精益求精，所以各种用电产品功率密度也随之变大，那么对电源的效率、功耗也有了更高的要求来适应用电产品。所以，国内外电子工程师不满足于现有成果一直在致力研究性能更好的开关电源，没有裹足不前。

2. 开关电源电路的工作原理

2. 1 开关电源的基本概念

开关电源，顾名思义开关在这里的意思是指电源通过控制振荡电路产生的高频脉冲，激励功率半导体（开关器件，常采用开关响应高的MOS管），使开关元件不断高速的导通和截止，可以调整输出直流电压大小的电源。开关电源的核心是DC/DC转换模块，将低频的直流脉冲转化为高频的直流脉冲，高频的直流脉冲使高频变压器的磁性元件小型化的同时也降低了生产成本，增大了适用范围。

开关电源有稳压和恒流之分，开关稳压型电源输出的是稳定的直流电压和范围内变化的电流；开关恒流型电源输出的是稳定的电流和范围内变化的电压[10]。其实，两者本质上都是一致的，控制电压或电流其中一个为定量，另外一个改变。

最贴近人民生活的是小功率的开关稳压电源，比如生活中常见的智能电表、汽车蓄电池逆变器控制器方面、风力发电机控制器、手机与电脑充电器等。

2.2 开关稳压电源的控制方式

开关稳压电源有三种方法去控制MOS管的开关状态：频率固定，脉宽不定的脉宽调制（PWM）；使脉冲宽度不变，频率可调的方式（PFM）；脉宽与脉冲频率混合调制(PWM-PFM)[5]。

PWM技术，振荡器使频率固定，只能决定脉冲的宽度来改变输出电压。优点是实现起来简单，电源越接近满载，效率就越高。缺点是负载小或者待机时功率损耗较大。