开关电源原理
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开关电源原理范文第1篇
1.引言
随着许多高新技术的发展，开关电源技术在不断地创新。开关电源的设计要以安全性、可靠性为首要原则，在各种指标满足正常使用要求的条件下，为使电源在突发故障情况下安全可靠地工作，本文将详细的分析开关电源的分类、结构、原理、布局、故障提出及检修的技巧分析探讨以供大家参考。
图1 开关电源原理框图
2.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“接通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现DC/AC、DC/DC电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。
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，开关电源输出电压也有三种工作方式：直接输出电压方式、平均值输出电压方式、幅值输出电压方式。同样，前一种工作方式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换;后两种工作方式多用于开关稳压电源。
根据开关器件在电路中连接的方式，目前比较广泛使用的开关电源，大体上可分为：串联式开关电源、并联式开关电源、变压器式开关电源等三大类。其中，变压器式开关电源（后面简称变压器开关电源）还可以进一步分成：推挽式、半桥式、全桥式等多种;根据变压器的激励和输出电压的相位，又可以分成：正激式、反激式、单激式和双激式等多种;如果从用途上来分，还可以分成更多种类。
3.开关电源的结构
开关电源主要由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源四大部份构成。
（1）主电路
冲击电流限幅：限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流。
输入滤波器：其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍本机产生的杂波反馈回电网。
整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。
逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分。
输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。
（2）控制电路
一方面从输出端取样，与设定值进行比较，然后去控制逆变器，改变其脉宽或脉频，使输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对电源进行各种保护措施。
（3）检测电路
提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。
（4）辅助电源
实现电源的软件（远程）启动，为保护电路和控制电路（PWM等芯片）工作供电。
4.开关电源原理
我们的各种电路系统里常常会用到开关电源，主要用于获得一定功率的直流电源（多数是24V），我们常看到的开关电源外观上多数象一个小主箱，通过表面开出的很多散热孔可以看到里面的电路板。
高频开关电源由以下几个部分组成：
（1）主电路
从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：①输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。②整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。③逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越校。④输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。
（2）控制电路
一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。
（3）检测电路
除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据。
（4）辅助电源
提供所有单一电路的不同要求电源。开关控制稳压原理开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关K接通时，输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源E向负载提供能量;当开关K断开时，输入电源E便中断了能量的提供。可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。
改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，这种方法称为“时间比率控制”
（TimeRatioControl，缩写为TRC）。按TRC控制原理，有三种方式：
（1）脉冲宽度调制（PulseWidthModula-tion，缩写为PWM）开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。
（2）脉冲频率调制（PulseFrequencyModula-tion，缩写为PFM）导通脉冲宽度恒定，通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。
（3）混合调制导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定，彼此都能改变的方式，它是以上二种方式的混合。
开关电源原理框图见图1所示。
（1）通电瞬间，灯泡闪亮一下后，逐渐熄灭，则电源从输入至整流滤波均正常，故障应在后面电路。否则电源保险或输入滤波电感开路。
（2）若整流滤波电路正常，则检测开关管两端是否有310V电压，若无，则取样电阻R0或变压器初级开路。
（3）若开关管电压正常，则检测开关管驱动电路是否有几伏至十几伏电压，若无则检测启动电阻和驱动电路。
（4）若驱动有电压，开关管正常，则自激绕组有故障或反馈电路有故障。
（5）若灯泡常亮，则开关管击穿（短路）或整流桥击穿（短路）。
（6）若灯泡周期性亮灭，则负载有短路故障，可着重检测负载。
（7）若更换开关管多次击穿，则检测峰值电压消除电路及负载是否有开路故障。
（8）经过上述维修步骤并检测负载电压基本正常后，即可闭合开关K，再次检测时若输出正常，则说明开关电源已修复。
注意：开关电源负反馈电路及变压器次级绝不能开路，否则会损坏电路其他部分。
5.开关电源的布局
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。
当设计高频开关电源时，布局非常重要。良好的布局可以解决这类电源的许多问题。因布局而出现的问题，通常在大电流时显现出来，并且在输入和输出电压之间的压差较大时更加明显。一些主要的问题是在大的输出电流和/或大的输入/输出电压差时调节能力的下降，在输出和开头波形上的额外噪声，以及不稳定性。应用下面的几个简单原则就可以把这类问题最小化。
（1）电感器
开关电源尽量使用低EMI（Electro Magnetic Interference）的带铁氧体闭合磁芯的电感器。比如圆形的或封闭的E型磁芯。如果开口磁芯（open cores）具有较低的EMI特性，并且离低功率导线和元件较远，也可以使用。如果使用开口磁芯，使磁芯的两极与PCB板垂直也是一个好主意。棒状磁芯（stick cores）通常用来消除大部分不需要的噪声。
（2）反馈
尽量使反馈回路远离电感器和噪声源。还要尽可能使反馈线为直线，并且要粗一点。有时需要在这两种方案之间折衷一下，但使反馈线远离电感器的EMI和其它噪声源是两者当中更关键的一条。在PCB上使反馈线位于与电感器相对的一侧，并且中间用接地层分开。
（3）滤波电容器
当使用小容量瓷质输入滤波电容器时，它应该尽可能靠近IC的VIN引脚。这将消除尽可能多的线路电感影响，给内部IC线路一个更干净的电压源。开关电源一些设计需要使用前馈电容器从输出端连接到反馈引脚，通常是为了稳定性的原因。在这种情况下，它的位置也应该尽量靠近IC。使用表贴电容还会减少引线长度，从而减少噪声耦合进因通孔元件而造成的有效天线（effective antenna）。
（4）补偿
如果为了稳定性，需要加入外部补偿元件，它们也应该尽量靠近IC。这里也建议使用表贴元件，原因同对滤波电容的讨论。这些元件也不应该离电感器太近。
（5）走线和接地层
使所有的电源（大电流）走线尽可能短、直、粗。在一块标准PCB板上，最好使走线的每安绝对最小宽度为15mil（0.381mm）。电感器、输出电容器和输出二极管应该尽可能靠在一起。这样可以帮助减少在大开关电流流过它们时，由开关电源走线引起的EMI。这也会减少引线电感和电阻，从而减少噪声尖峰、鸣震（ringing）和阻性损耗，这些都会产生电压误差。IC的接地、输入电容器、输出电容器和输出二极管（如果有的话）应该一起直接连接到一个接地面。最好在PCB的两面都设置接地面。这样会减少接地环路误差和吸收更多的由电感器产生的EMI，从而减少了噪声。对于多于两层的多层板，可以用接地面分开电源面（电源走线和元件所在的区域）和信号面（反馈和补偿元件所在的区域）以提高性能。在多层板上，需要使用通孔把走线和不同的面连接起来。如果走线需要从一个面传输一个较大的电流到另一个面，每200mA电流使用一个标准通孔，是一个良好的习惯。
排列元件，使得开头电流环同方向旋转。根据开头调节器的运行方式，有两种功率状态。一个状态是当开头闭合时，另一个状态是当开头断开时。在每种状态期间，将由当前导通的功率器件产生一个电流环。排列功率器件，以使每种状态期间电流环的导通方向相同。这会防止两个半环之间的走线产生磁场反转，并可减少EMI的放射。
（6）散热
当使用表贴功率IC或外部功率开关时，PCB通常可以用作散热器。这就是用PCB上的敷铜面来帮助器件散热。参照特定器件手册中有关使用PCB散热的信息。这通常可以省去开关电源外加的散热装置。
6.开关电源常见故障及检修技巧
6.1 开关电源常见故障
（1）保险烧或炸;（2）无输出，保险管正常;（3）有输出电压，但输出电压过高;（4）开关电源负载有短路故障;（5）输出电压端整流二极管、滤波电容失效。
6.2 开关电源检修技巧
（1）针对保险烧或炸的故障主要检查300V上的大滤波电容、整流桥各二极管及开关管等部位，抗干扰电路出问题也会导致保险烧、发黑。需要注意的是：因开关管击穿导致保险烧一般会把电流检测电阻和电源控制芯片烧坏。负温度系数热敏电阻也很容易和保险一起被烧坏。
（2）针对无输出，保险管正常的这种现象说明开关电源未工作或进入了保护状态。首先要测量电源控制芯片的启动脚是否有启动电压，若无启动电压或者启动电压太低，则要检查启动电阻和启动脚外接的元件是否漏电，此时如电源控制芯片正常，则经上述检查可以迅速查到故障。若有启动电压，则测量控制芯片的输出端在开机瞬间是否有高、低电平的跳变，若无跳变，说明控制芯片坏、振荡电路元件或保护电路有问题，可先代换控制芯片，再检查元件;若有跳变，一般为开关管不良或损坏。
（3）对于有输出电压，但输出电压过高的这种故障一般来自于稳压取样和稳压控制电路。在直流输出、取样电阻、误差取样放大器如TL431、光耦、电源控制芯片等电路共同构成一个闭合的控制环路，任何一处出问题就会导致输出电压升高。
（4）开关电源负载有短路故障（特别是DC/DC变换器短路或性能不良等），此时，应该断开开关电源电路的所有负载，以区分是开关电源电路还是负载电路有故障。若断开负载电路电压输出正常，说明是负载过重;或仍不正常说明开关电源电路有故障。
开关电源原理范文第2篇
【关键词】开关电源；工作原理；分类
1.开关电源的工作原理
开关电源主要器件是开关管，但也有采用可控硅的，这两个元器件性能差不多，都是靠基极（开关管）、控制极（可控硅）上加上脉冲信号来完成导通和截止的，脉冲信号正半周到来，控制极上电压升高，开关管或可控硅就导通，由220V整流、滤波后输出的300V电压就导通，通过开关变压器传到次级，再通过变压比将电压升高或降低，供各个电路工作。振荡脉冲负半周到来，电源调整管的基极、或可控硅的控制极电压低于原来的设置电压，电源调整管截止，300V电压被关断，开关变压器次级没电压，这时各电路所需的工作电压，就靠次级本路整流后的滤波电容放电来维持，待到下一个脉冲的周期正半周信号到来时，重复上一个过程。这个开关变压器就叫高频变压器，因为他的工作频率高于50Hz。那么推动开关管或可控硅的脉冲如何获得呢？这就需要有个振荡电路产生，我们知道，NPN型晶体三极管有个特性，就是基极对发射极电压是0.7V是放大状态，0.7V以上就是饱和导通状态， -0.1V- -0.3V就工作在振荡状态，那么其工作点调好后，就靠较深的负反馈来产生负压，使振荡管起振，振荡管的频率由基极上的电容充放电的时间长短来决定，振荡频率高、输出脉冲幅度就大，反之就小，这就决定了电源调整管的输出电压的大小。那么变压器次级输出的工作电压如何稳压呢，一般是在开关变压器上，单绕一组线圈，在其上端获得的电压经过整流滤波后，作为基准电压，然后通过光电耦合器，将这个基准电压返回振荡管的基极，来调整震荡频率的高低，如果变压器次级电压升高，本取样线圈输出的电压也升高，通过光电耦合器获得的正反馈电压也升高，这个电压加到振荡管基极上，就使振荡频率降低，起到了稳定次级输出电压的稳定，这样大功率的电压由开关变压器传递，并与后级隔开，返回的取样电压由光耦传递也与后级隔开，所以前级的市电电压，是与后级分离的，是安全的，变压器前的电源是独立的，这就叫开关电源。
2.开关电源的分类
现代开关电源有两种：一种是直流开关电源；另一种是交流开关电源。这里主要介绍的只是直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源，如市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电压。直流开关电源的核心是DC/DC转换器。因此直流开关 电源的分类是依赖DC/DC转换器分类的。也就是说，直流开关电源的分类与DC/DC转换器的分类是基本相同的，DC/DC转换器的分类基本上就是直流开关电源的分类。
2.1按输入与输出之间是否有电气隔离分类
直流DC/DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类：一类是有隔离的称为隔离式DC/DC转换器；另一类是没有隔离的称为非隔离式DC/DC转换器。
2.1.1隔离式DC/DC转换器
隔离式DC/DC转换器也可以按有源功率器件的个数来分类。单管的DC/DC转换器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）两种。双管DC/DC转换器 有双管正激式（DoubleTransistor Forward Converter），双管反激式（Double Transistr Flyback Converter）、推挽式（Push-Pull Converter） 和半桥式（Half-Bridge Converter）四种。四管DC/DC转换器就是全桥DC/DC转换器（Full-Bridge Converter）。
2.1.2非隔离式DC/DC转换器
非隔离式DC/DC转换器，按有源功率器件的个数，可以分为单管、双管和四管三类。单管DC/DC转换器共有六种，即降压式（Buck）DC/DC转换器，升压式（Boost）DC/DC转换器、升压降压式（Buck Boost）DC/DC转换器、Cuk DC/DC转换器、Zeta DC/DC转换器和SEPIC DC/DC转换器。在这六种 单管DC/DC转换器中，Buck和Boost式DC/DC转换器是基本的，Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC转换器是从中派生出来的。双管DC/DC转换器有双管串接的升压式（Buck-Boost）DC/DC转换器。四管DC/DC转换器常用的是全桥DC/DC转换器（Full-Bridge Converter）。
隔离式DC/DC转换器在实现输出与输入电气隔离时，通常采用变压器来实现，由于变压器具有变压的功能，所以有利于扩大转换器的输出应用范围，也便于实现不同电压的多路输出，或相同电压的多种输出。
在功率开关管的电压和电流定额相同时，转换器的输出功率通常与所用开关管的数量成正比。所以开关管数越多，DC/DC转换器的输出功率越大，四管式比两管式输出功率大一倍，单管式输出功率只有四管式的1/4。
非隔离式转换器与隔离式转换器的组合，可以得到单个转换器所不具备的一些特性。
2.2按能量的传输来分类
按能量的传输来分，DC/DC转换器有单向传输和双向传输两种。具有双向传输功能的DC/DC转换器，既可以从电源侧向负载侧传输功率，也可以从负载侧向电源侧传输功率。
2.3按DC/DC转换器类型分类
按DC/DC转换器类型也可以分为自激式和他控式。借助转换器本身的正反馈信号实现开关管自持周期性开关的转换器，叫做自激式转换器，如洛耶尔 （Royer）转换器就是一种典型的推挽自激式转换器。他控式DC/DC转换器中的开关器件控制信号，是由外部专门的控制电路产生的。
开关电源原理范文第3篇
关键词：开关电源；拓扑结构； PWM/PFM控制芯片；载体
中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1672-5727（2012）06-0084-03
光电源及开关电源技术是高职院校中应用电子技术专业方向之一，《开关电源原理与分析》是此方向的专业主干核心课程，起到承上启下、贯彻始终的作用。目前，高职高专关于此课程的教材较少，而且教材的针对性较差，知识结构不合理、内容较陈旧。我们通过对开关电源类企业的调研，分析了光电源及开关电源技术岗位群的工作人员应掌握的专业知识和技能。根据知识点、技能及电路结构来整合、序化教学内容，将教学内容分成5个工作任务模块，在每个工作任务模块中引入子电路和工程资料，作为教学内容的载体。通过制作、调试和测试每个子电路，最终完成整体电路的设计与制作——40W反激电源的制作，恰当地在各教学环节融入工程资料、标准及质量体系的内容，培养学生的职业能力和职业素养。笔者拟从基本知识点和技能的分析、理论知识和实践项目、校企合作开发教材、考核方式改革和学生拓展能力培养等五个方面阐述教学改革的实施。
基本知识和技能的分析
我院应用电子技术专业（光电源及开关电源技术方向）培养的人才主要面向光电源和开关电源类企业，涉及辅助设计、维修、销售和售后服务、电子元件采购、质量检测和认证等5个岗位（群）。通过分析典型工作任务，将典型工作任务所涵盖的知识和技能进行分析、量化和整合，应具备的基本知识和技能如图1所示。一个工作任务要几个方面的基本知识和技能来培养，掌握一个方面的基本知识和技能可以完成多个工作任务，工作任务与基本知识点和技能是相互渗透的，并不是一对一的对应关系。
理论知识与实践项目的分析
《开关电源原理与分析》课程以对开关电源产品电路进行分析与制作为依托，按照岗位群所涵盖的知识和技能为培养目标，按照由简单到复杂、由部分到整体的原则，科学设计学习性工作任务。根据知识点、技能及电路结构（见图2）来整合、序化教学内容，将教学内容分成5个工作任务模块（见图3）。在每个工作任务模块中引入子电路和工程资料，作为教学内容的载体。从理论知识和实践项目两个方面对每个工作任务模块的教学内容和要求进行了分析探讨。
（一）基本拓扑结构
基本拓扑结构包括非隔离型和隔离型两大类变换器。非隔离型主要包括降压、Boost和Buck-Boost变换器；隔离型主要包括正激、反激、半桥变换器、推挽变换器和全桥变换器等。应掌握变换器的结构、工作原理，理解稳定工作时的波形及基本关系式，熟悉它们的应用场合。
实践项目：画PC电源原边主电路、副边输出整流滤波电路（对应子电路1）。主要培养学生以下几方面的技能：（1）熟悉PCB板与电路图之间的关系；（2）加深巩固所学的拓扑结构；（3）学会测量电路的连接及功率元器件是否正常；（4）学会如何根据PCB板画出原理图以及如何布局元器件。
（二）PWM和PFM控制芯片及其应用
误差放大器及补偿的工作原理，介绍电流模式的PWM控制器（以控制芯片UC3842为例）和PFM控制器（以控制芯片L6562为例）以及它们的应用。掌握芯片每个引脚的功能以及电路参数的分析，掌握用控制芯片来控制隔离型变换器（Forward和Flyback）和非隔离型变换器（Buck和Boost）实现电能的变换，也就是控制芯片与变换器的连接电路，即如何检测输出电压和输入电流以及MOS管的驱动等。
实践项目：UC3842控制的Boost变换器电路的制作（子电路2）。主要培养学生以下几方面的技能：（1）掌握电路的工作原理；（2）掌握调试电路和测试电路的方法；（3）掌握分析电路故障和排除电路故障的技巧。
（三）电源输入级
电源输入级主要包括EMI滤波器、浪涌电流抑制电路、功率因数校正电路和输入整流电路等。应掌握这些电路的作用及工作原理，熟悉它们的应用场合。
实践项目：画PC电源EMI电路及整流滤波电路的制作（子电路3）。主要培养学生以下几方面的技能：（1）理解EMI滤波器的组成结构及作用；（2）掌握两种整流滤波电路的工作方式。
（四）元器件的选择
器件的选择主要指无源器件、半导体器件、电感和变压器的选择。应掌握它们的参数、封装及分类；根据功率、耐压值、所要求的裕量等来选择器件；熟悉它们的应用场合。应掌握制作变压器的步骤、工艺以及用LCR电桥来测量其值等。
实践项目：高频变压器的制作及测试（子电路4），应用在40W反激电源制作实训中。主要培养学生以下几方面的技能：（1）理解变压器同名端和异名端与实物之间的关系；（2）掌握变压器的制作方法；（3）掌握变压器参数的测试；（4）掌握用示波器和信号发生器测试变压器的匝比和同名端等。
（五）40W反激电源的制作
把40W反激电源的制作引入到实践教学中。应掌握电路的工作原理和控制芯片电路参数的分析以及计算，掌握如何调试电路和测试电源的性能指标，掌握如何分析电路故障和排除电路故障的方法。
通过40W反激电源的制作、调试和测试的训练，不仅连贯了前面四部分的内容，使学生加深和巩固了前面所学的知识，而且学生分析整体电路、调试和测试电路、分析和排除电路故障的能力可得到很大的提高。
教学内容要始终保持鲜活，子电路和工程资料载体可以替换，教师教学时可直接使用这些载体，也允许教师从企业或者实际工作中引入新的载体。另外，根据电源类企业和PWM控制芯片的发展及要求来调整教学内容；根据企业和学生就业反馈信息，调整教学内容的重点和难点，始终保持教学内容的适时变化和改革，以适应社会发展对人才的要求。
校企合作开发教材
开关电源原理范文第4篇
关键词：开关电源;原理;原理框图;电路图
电子技术教学中，我们有的教师对开关电源部分内容常常忽视，这与目前生产、生活实际是不符，本文根据自己的教学实践，对开关电源教学谈一些认识。
一、明确开关电源教学的重要性
简单的分类，直流稳压电源有串联型线性直流稳压电源和开关型直流稳压电源。串联型线性直流稳压电源由整流、滤波、稳压等部分组成，稳压部分的调整部分工作在线性状态，学生易理解，掌握串联型线性直流稳压电源的工作原理和进行实际电路分析也是较为容易的。
开关电源（SwitchingMode Power Supply，SMPS）采用“交流直流交流直流”变换技术，是一种组合变流电路，包括由冲击电流限幅、输入滤波器、输入侧整流与滤波、逆变、输出侧整流与滤波等部分组成的主电路，以及控制电路、检测电路、辅助电源四大部份组成。开关电源较直流线性稳压电源复杂，但开关电源功耗小，转化率高，且体积和重量只有线性电源的20%―30%，目前它已成为稳压电源的主流产品。因此我们在教学时应重视开关电源这部分内容，不要淡化它。
二、读懂开关电源原理框图
要理解开关电源工作原理，会分析开关电源电路图，那就要读懂开关电源原理框图。下图就是典型的开关直流稳压电源原理框图。
图1 开关直流稳压电源原理框图
（一） 框图组成
框图由主电路、控制电路、检测比较放大电路、辅助电源四大部份组成。
1.主电路。主电路即完成“交流直流交流直流”变换的功能电路部分，由冲击电流限幅、输入滤波器、输入侧整流与滤波、逆变、输出侧整流与滤波等部分组成;冲击电流限幅部分功能：限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流;输入滤波器功能：其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍本机产生的杂波反馈回电网;输入侧整流与滤波：将电网送来的交流电直接整流滤波为较平滑的直流电;逆变：利用开关调整电路将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分;输出侧整流与滤波：根据负载需要，将高频交流电进行整流与滤波，提供稳定可靠的直流电源。
2.控制电路。一方面从输出端取样，与设定值进行比较，然后去控制逆变器（开关调整电路），改变其脉宽或脉频，使输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对电源进行各种保护措施。
3.检测电路。提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。
4.辅助电源。实现电源的软件（远程）启动，为保护电路和控制电路（PWM等芯片）工作供电。
（二）开关电源的工作原理
开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件（开关管），开关元件以一定时间间隔重复地接通和断开，在开关元件接通时输入侧整流滤波的直流电通过逆变器（开关管）、输出侧整流滤波电路向负载提供能量，当开关元件断开时，电路中的储能装置（有电感、电容等组成）向负载释放开关接通时所储存的能量，使负载得到连续稳定的能量。
根据开关电源输出的直流电压情况，经过取样进行检测比较放大得到反映输出电压稳定情况的误差信号，将其送入控制电路产生控制信号，控制信号经驱动电路后对逆变器的开关元件的占空比（导通时间与周期之比）进行控制，这样传到输出端的能量得到调整，即调整输出电压使其稳定。
三、读懂开关电源电路图
读开关电源电路图，不要急于弄清某一元器件的作用，要按一定顺序逐步进行。首先，找到来自电网的交流电位置（即“信号”入口，）和直流稳压电源稳定电压输出位置（“信号”出口）;其次，找到开关电源电路的主电路（“主信号”电路，正向电路），它由冲击电流限幅、输入滤波器、输入侧整流与滤波、逆变、输出侧整流与滤波等部分组成;找到反馈控制电路，它由取样比较放大、时钟振荡电路、脉宽（脉频）调制电路、驱动电路等组成;最后对开关稳压电源的主电路和反馈控制电路的各组成部分进行分析，分析出各部分的功能和作用，具体到每一个元器件的功能和作用;完成以上分析后，引导学生再回头体会开关稳压电源的原理，会有更深刻的理解。
目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。作为电子技术的教学专业人员，有必要将开关电源这部分教学内容向学生讲清楚，讲明白。
参考文献：
[1]王兆安，刘进军.电力电子技术[M].机械工业出版社.2009.
开关电源原理范文第5篇
关键词aber;反激式开关电源;仿真
中图分类号TM359.4 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)042-0020-01
开关电源被誉为高效节能电源,它代表着稳压电源的发展方向。目前,随着各种新科技不断涌现,新工艺被普遍采用,新产品层出不穷,开关电源正向小体积、高功率密度、高效率的方向发展,开关电源的保护电路日趋完善,开关电源的电磁兼容性设计及取得突破性进展,专用计算机软件的问世为开关电源的优化设计提供了便利条件。
Saber是美国Analogy公司开发,现由Synopsys公司经营的系统仿真软件,被誉为全球最先进的系统仿真软件,也是唯一的多技术,多领域的系统仿真产品,现已成为混合信号、混合设计技术和验证工具的业界标准,可用于电子、机电一体化、机械、光电、光学、控制等不同类型系统构成的混合系统仿真,与其他由电路仿真软件相比,其具有更丰富的元件库和更精致的仿真描述能力,仿真真实性更好。
1反激式开关电源基本原理
反激式开关电源其拓扑结构如图1。
其电磁能量储存与转换关系如下
如图2(a)当开关管导通,原边绕组的电流Ip将线形增加,磁芯内的磁感应强度将增大到工作峰值,这时可以把变压器看成一个电感,逐步储能的过程。
如图2(b)当开关管关断,初级电流降到零。副边整流二极管导通,感生电流将出现在复边。从而完成能量的传递。按功率恒定原则,副边绕组安匝值与原边安匝值相等。
2基于UC3842的反激式开关电源电路设计
由Buck-Boost推演并加隔离变压器后而得反激变换器原理线路。多数设计中采用了稳定性很好的双环路反馈(输出直流电压隔离取样反馈外回路和初级线圈充磁峰值电流取样反馈内回路)控制系统,就可以通过开关电源的PWM(脉冲宽度调制器)迅速调整脉冲占空比,从而在每一个周期内对前一个周期的输出电压和初级线圈充磁峰值电流进行有效调节,达到稳定输出电压的目的。这种反馈控制电路的最大特点是:在输入电压和负载电流变化较大时,具有更快的动态响应速度,自动限制负载电流,补偿电路简单。以UC3842为控制芯片设计一款50W反激式开关电源,其原理图如图3所示。
2.1高频变压器设计
1)原边匝数
因为作用电压是一个方波,一个导通周期的伏秒值与原边匝数关系如式(1)
Np=(1)
式中 Np――原边匝数;
Vp――原边所加直流电压(V);
ton ――导通时间(us);
Bac――交变工作磁密(mT);
Ae――磁心有效面积(mm2)。
2)副边绕组
由原边绕组每匝伏数=母线电压/原边匝数可得
副边绕组匝数=(输出电压+整流二极管压降+绕组压降)/原边绕组每匝伏数
3)气隙
实用方法:插入一个常用气隙,例如0.5mm,使电源工作起来在原边串入电流探头。注意电流波形的斜率,并调整气隙达到所要求的斜率。
也可用式(2)计算气隙。
lg=(2)
式中lg ――气隙长度(mm);
u0 ――4n×107;
Np――原边匝数;
Lp――原边电感;
Ae ――磁心面积(mm2)。
2.2反馈环节
图3中反馈环节由光耦PC817和TL431组成,适用于电流控制模式。输出电压精度1%。电压反馈信号经分压网络引入TL431的Ref段,装换为电流反馈信号,经过光耦隔离后输入UC3842的控制段。
TL431是由美国德州仪器生产的2.5V-36V可调式精密并联稳压器。内有参考电压2.5V,它与参考端一起控制内部的比较放大器。在输出阴极和参考端可加反馈网络,影响整个开关电源的动态品质特性。
2.3控制芯片电路
UC3842由4脚外接RC生成稳定的振荡波形,振荡频率=1.8/R12×C15。6脚输出驱动脉冲,驱动MOSFET在导通和截至之间工作。8脚提供一个稳定的5V基准源。
3Saber电路仿真
利用 Saber 软件进行仿真分析主要有两种途径,一种是基于原理图进行仿真分析,另一种是基于网表进行仿真分析。基于原理图进行仿真分析的基本过程如下:
1)在Saber Sketch中完成原理图录入工作;
2)然后使用net list命令为原理图产生相应的网表;
3)在使用simulate命令将原理图所对应的网表文件加载到仿真器中,同时在Sketch中启动Saber Guide界面;
4)在Saber Guide界面下设置所需要的仿真分析环境,并启动仿真;
5)仿真结束以后利用Cosmos Scope工具对仿真结果进行分析处理。
在这种方法中,需要使用Saber Sketch和Cosmos Scope两个工具,但从原理图开始,比较直观。所以,多数Saber的使用者都采用这种方法进行仿真分析。但它有一个不好的地方就是仿真分析设置和结果观察在两个工具中进行,在需要反复修改测试的情况下,需要在两个窗口间来回切换,比较麻烦。
4系统仿真及实测
在Saber Sketch中完成原理图。并进行DC/AC分析。
如图4(a)为开关电源在220V交流输入时的MOSFET驱动电压波形仿真结果(b)为实测样机MOSFET驱动电压波形。作为专业级开关电源仿真软件,Saber在控制环路设计上,能够真实且直观的检验设计的稳定性。
如图5(a)为开关电源电流采样电阻上的电压波形的仿真结果(b)为实测波形。涉及开关电源部分器件选型的重要参数也同样可以通过仿真波形得到,例如开关器件MOSFET额定工作时通态最大电流等参数,同样可以从仿真波形中得出。
5结束语
在电路设计初期,借用Saber的电路级仿真可以很直观的对开关电源电路设计进行的评估,并在控制环路的设计上会有很大的帮助。在完成样机的初步测试后,同样可以借助仿真对电路功能进行校验。该电路广泛应用于小功率场合,具有体积小,成本低,结构简单等优点。
(a)仿真(b)实测
图4MOSFET驱动电压波形
(a)仿真 (b)实测
图5电流采样电阻电压波形
测试结果(图5b)为220V,50Hz交流输入时,实验样机测试波形。
参考文献
[1]沙占友.单片开关电源最新应用技术,2006.
[2]王建秋,刘文生.Saber仿真在移向全桥软开关电源研发中的应用,2009.
[3]张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计,2000.
[4]Saber.仿真中文教程.
[5]张煜.基于Saber的Boost APFC仿真分析及DSP实现.2009.
开关电源原理范文第6篇
关键词：继电保护；开关电源；电源故障；改进后的电源
中图分类号：TG434.1 文献标识码：A
引言
近年来，停电事故的后果日益严重，大型停电事故主要是由连锁故障引起的。如1996年7月美国西部电网(wscc)和1998年6月美国中部大陆电网(MAPP)解列事故，2003年8月美、加大停电事故、2003年的英国伦敦大停电等。而造成这些大规模停电事故的罪魁祸首正是继电保护系统的隐性故障降引，有资料表明世界上大约有75％的大的停电事故都和保护系统的不正确运作有关，继电保护的隐性故障已经成为电力灾难性的一种机理。
1 继电保护隐性故障
继电保护隐性故障是指系统正常运行时对系统没有影响的故障，而当系统某些部分发生变化时，这种故障就会被触发，从而导致大面积故障的发生。隐性故障在系统正常运行时是无法发现的，但是一旦有故障发生，继电器正确切除故障后，电力系统潮流重新分配，在这样的运行状态下就可能会使带有隐性故障的保护系统误动作。从而有可能造成连锁故障，扩大事故范围。
2 开关电源工作原理
用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变为另一形态，用闭环控制稳定输出，并有保护环节的模块，叫做开关电源。
高压交流电进入电源，首先经滤波器滤波，再经全桥整流电路，将高压交流电整流为高压直流电；然后由开关电路将高压直流电调制为高压脉动直流；随后把得到的脉动直流电，送到高频开关变压器进行降压，最后经低压滤波电路进行整流和滤波就得到了适合装置使用的低压直流电。
电源工作原理框图如图1所示。
3 故障现象分析
由于继电保护用开关电源功能要求较多，需考虑时序、保护等因素，因此开关电源设计中的故障风险较高。另外供电保护装置又较民用电器工作条件苛刻，影响继电保护开关电源的安全运行。本文着重分析了两种因设计缺陷而造成故障的开关电源。
3.1 输入电源波动，开关电源停止工作
3.1.1 故障现象：外部输入电源瞬时性故障，随后输入电压恢复正常，开关电源停止工作一直无输出电压，需手动断电、上电才能恢复。
3.1.2 故障再现：用继电保护试验仪，控制输入电压中断时间，通过便携式波形记录仪记录输入电压和输出电压的变化。控制输入电压中断时间长短，发现输出存在如下三种情况：
a)输入电源中断一段时间(约100～200ms)后恢复，此后输入电压恢复正常，开关电源不能恢复工作。(此过程为故障情况)，具体时序图见图2所示。
b)输入电压长时中断(大于250ms)后恢复，+5V、+24V输出电压均消失，此过程与开关电源的正常启动过程相同。具体时序图见图3所示。
c)输入电压短暂中断(小于70ms)后恢复，+5V输出电压未消失，而+24V输出电压也未消失，对开关电源正常工作没有影响。具体时序图见图4所示。输入电压消失时间短暂，由于输出电压未出现欠压过程，电源欠压保护也不会动作。
3.1.3 故障分析：要分析此故障，应先了解该开关电源的正常启动逻辑和输出电压保护逻辑。输入工作电压，输出电压+5V主回路建立，然后由于输出电压时序要求，经延时约50ms，+24V输出电压建立。
输出电压欠压保护逻辑为：当输出电压任何一路降到20％乩以下时，欠压保护动作，且不能自恢复。
更改逻辑前，因输入电压快速通断而引起的电源欠压保护误动作，其根本原因是延时电路没有依据输入电压的变化及时复位，使得上电时的假欠压信号得不到屏蔽，从而产生误动作，如图2所示。
3.1.4 解决措施：采取的措施是在保护环节上增加输入电压检测电路，并在延时电容上并接一个电子开关，只要输入电压低于定值(开关电源停止工作前的值)，该电子开关便闭合，延时电路复位，若输入电压重新上升至该设定值，给保护电路供电的延时电路重新开始延时，电源重启动时的假欠压信号被屏蔽，彻底解决了由于输入电压快速波动所产生的电源误保护。从而避免了图2的情况，直接快速进入重新上电逻辑，此时的输出电压建立过程见图3所示。逻辑回路见图5所示。
3.1.5 试验验证：用继电保护试验仪状态序列模拟输入电源中断，用便携式波形记录仪记录输出电压随输入电压的变化波形。调整输入电压中断时间，发现调整后的电源仅出现b)、c)两种情况，不再出现a)即故障情况。
3.2 启动电流过大，导致供电电源过载告警
3.2.1 故障现象：电源模块稳态工作电压为220V，额定功率为20.8W，额定输出时输入电流约为130mA。当开关电源输入电压缓慢增大时，导致输入电流激增，引起供电电源过载告警。
3.2.2 故障分析：经查发现输入电压为60V时，电源启动，此时启动瞬态电流约为200mA，稳态电流为600mA，启动时稳态电流和瞬态电流将为600士200mA，造成输出电流激增。而由于条件限制，此电源模块的供电电源输出仅为500mA，因此造成供电电源过载。
由于开关电源工作需要一定的功率，设计中由于未考虑到电源启动时，输出回路的启动需要一定的功率，而启动电压比较低，所以功率的突增，必然带来开关电源启动瞬态电流的激增，电流的激增对供电电源有较大的冲击。
3.2.3 解决措施：启动需要的功率一定，如果要减小启动电流，可以考虑增加启动电压的门槛。将开关电源的启动电压提高到130～140V。
3.2.4 试验验证：调整开关电源的启动电压后，通过试验仪模拟输入电压缓慢启动。当开关电源在满载情况下，试验中缓慢上升输入电压(上升速率5V／s或10v／s)，从0～130V启动，启动时稳态电流降低到200～220mA，稳态电流大约为200士l00mA，因而启动时稳态电流和瞬态电流将为400士loon迭，启动电流较改进前减小300nA，不会对供电电源造成太大的冲击。可有效避免输入电压瞬间降低时，给整个供电回路造成较大的电流冲击。
结束语
从以上问题分析可知，开关电源设计时，需要关注电能变换的各个环节，开关电源的输出电压建立和消失时序和电源的保护功能，是紧密联系的，当其中的某一环节存在缺陷时，开关电源就不能正常工作。因此在开关电源设计前，应重点进行两种工作：
考虑诸如此类的问题，如启动功率一定时，启动电压门槛过低，会产生输出电流瞬态突增的现象。
在设计后尽可能依据继电保护用开关电源行标，经专业测试部门验证。从而设计出稳定可靠的开关电源。
参考文献
[1]沈晓凡，舒治淮，刘军，等．2007年国家电网公司继电保护装置运行情况[J]．电网技术，2008，32(16).
开关电源原理范文第7篇
关键词：开关电源；反激式电路；高频变压器
引言
开关电源是综合现代电力电子、自动控制、电力变换等技术，通过控制开关管开通和关断的时间比率，来获得稳定输出电压的一种电源，因其具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点，在现代电力电子设备中得到广泛应用，代表着当今稳压电源的发展方向，已成为稳压电源的主导产品。文章设计了一种基于TOP-Switch系列芯片的小功率多路输出DC/DC的反激式开关电源。
1 电源设计要求
文章设计的开关电源将用于轨道车辆电动门控制系统中，最大的功率为12W，分四路输出，具体设计参数如下：（1）输入电压Vin=110V；（2）开关频率fs=132kHz；（3）效率η=80%；（4）输出电压/电流 48V/0.2A，15V/0.02A-15V/0.02A，5V/0.3A；（5）输出功率12W；（6）电压精度1%；（7）纹波率1%。（8）负载调整率±3%，电源最小输入电压为Vimin=77V，最大输入电压为Vimax=138V。考虑到设计要满足结构简单，可靠性高，经济性及电磁兼容性等要求，结合本设计输出功率小的特点，最终选用了单端反激式开关电源，它具有结构简单，所需元器件少，可靠性高，驱动电路简单的特点，适合多路输出场合。
2 单端反激式开关电源的基本原理
单端反激式开关电源由功率MOS管，高频变压器，无源钳位RCD电路及输出整流电路组成。其工作原理是当开关管Q被PWM脉冲激励而导通时，输入电压就加在高频变压器的初级绕组N1上，由于变压器次级整流二极管D1反接，次级绕组N2没有电流流过；当开关管关断时，次级绕组上的电压极性是上正下负，整流二极管正偏导通，开关管导通期间储存在变压器中的能量便通过整流二极管向输出负载释放。反激变压器在开关管导通期间只存能量，在截止期间才向负载传递能量，因为能量是单方向传导，所以称为单端变化器[1]。
图1 单端反激式开关电源的原理图
3 TOP-Switch系列芯片的介绍及选型
TOP-Swtich单片开关电源是开关电源专用集成电路，它将脉宽调制电路与高压MOSFET开关管及驱动电路等集成在一起，具备完善的保护功能。使用该芯片设计的小功率开关电源，可大大减少电路，降低成本，提高可靠性[4]。
对于芯片的选择主要考虑输入电压和功率，由设计要求可知，输入电压为宽范围输入，输出功率不大于12W，故选择TOP264VG。
4 电路设计
本设计开关电源的总体设计方案如图2所示。
4.1 主电路设计
4.1.1 变压器设计
变压器的设计是整个电源设计最重要的部分，它的设计好坏直接影响到整个电源性能。
（1）磁芯和骨架的确定
由参考文献[1]可查出，当P0=12W时可供选择的铁氧体磁芯型号，由于采用包线绕制，而且EE型铁芯廉价，磁损耗小且适用性强，故选择EEL19。从厂家提供的磁芯产品手册中可以查到磁芯有效截面积Ae=0.23cm2，磁路有效长度Le=3.94cm2，磁芯等效电感AL=1250Nh/T2
（2）确定最大占空比
（式中VOR为初级感应电压，VDS为开关管漏源导通电压，其中VOR=135V，VDS=10V）
（3）初级波形参数计算
初级波形的参数主要包括输入电流平均值IAGV、初级峰值电流IP
输入电流平均值
初级峰值电流
（其中KRP为初级纹波电流IR与初级峰值电流IP的比值，当反激式开关电源工作在不连续状态时取KRP=1）
（4）确定初级绕组电感
（5）计算各绕组的匝数
初级绕组的匝数 实取33匝
次级为5v输出的绕组定义为NS=4turn
对于±15V输出 实取12匝
对于48V输出 实取36匝
对于偏置绕组 实取10匝
4.1.2 无源钳位电路的设计
反激式开关电源，每当功率MOSFET由导通变为截止时，在开关电源的一次绕组上就会产生尖峰电压和感应电压，和直流高压一起叠加在MOSFET上，漏极电压
这就要求功率MOSFET至少能承受450V的高压，并且要求钳位电路吸收尖峰电压来保护功率MOSFET。本电源的钳位电路由稳压管和二极管D1组成，其中VR1为瞬态电压抑制器P6KE200，D1为快恢复二极管IN4936，当MOSFET导通时，原边绕组电压上正下负，使D1截止，钳位电路不起作用；当MOSFET截止瞬间，原边绕组电压上负下正，使得D1导通，电压被钳位在200V左右。
4.1.3 输出环节的设计
以+5V输出为例，次级绕组高频电压经肖特基二极管SB120整流后，用超低的ESR滤波，为了得到获得更小的纹波电压，在设计时又加入了次级LC滤波器，实验表明，输出的电压更符合期望值。
4.2 反馈环节的设计
反馈回路主要由PC817和TL431组成，这里用的TL431型可调式精密并联稳压器来代替普通的稳压管，构成外部误差放大器，进而对输出电压作精密调整，当输出电压发生波动时，经过电阻R13、R14分压后得到取样电压与TL431中的2.5V的基准电压进行比较，在阴极K上形成误差电压，使光耦合器中的LED工作电流产生相应变化，再通过光耦合器去改变单片开关电源的控制端电流，进而调节输出占空比，使输出电压维持不变，达到稳压目的。
5 结束语
文章设计的开关电源具有结构简单，所需元器件少，体积小，成本低的特点，并且满足所有设计要求，在轨道车辆电动门控制系统中有很好的应用前景。
参考文献
[1]杨立杰.多路输出单端反激式开关电源的设计[J].现代电子技术，2007.
[2]沙占友.开关电源实用技术[M].北京：中国电力出版社，2011.
开关电源原理范文第8篇
无线通信设备中，需要经常使用开关电源来进行电压的变压处理，应用比较广泛的一类元器件就是DC/DC变换器开关电源。通过应用DC/DC变换器，可以根据无线通信设备系统的运行要求，对获得的电压进行升降，进而有效控制电压振动波形，确保无线通信设备的有效运行和功能的正常发挥。
具体地，无线通信设备中应用的开关电源——DC/DC变换器，主要原理是利用变压器设备构建的相关电路系统来反馈控制形成可靠的电压变换机制。变压器通常会受到电路内部开关操作的影响，进而在系统的运行中得到信号反馈，从而有效获得稳定输出电压。通常变压器可以分成隔离和非隔离两大类型，非隔离类型是指在电压的升降处理中，直流输入和输出连接在一起的方式，而隔离类型是指直流输入和输出分开的方式。
非隔离模式变压电路主要工作原理具体如下。升压电路环节，利用开关闭合线圈存储能量的开关，将其进行断开处理，以实现负载的有效释放；随后应用电路电流连续流过线圈的性能，将开关闭合进行反向电压处理，以实现和输入电压的有效整合，从而生成更高的电压进行输出，实现了电压从低压到高压的有效转化处理。降压电路环节，主要是利用开关闭合过程中输入和输出储存电压逐渐存在的压力差，进而通过快速断开的方式逐渐将接地二极管输出端的压力释放出来。通常为了确保电压调整的可靠性，还需要对直流输出、基准电压进行对比分析，以有效发现电压波动变化的误差，进而采取有效的措施。总结控制开关时间比例的方法来对开关元件进行精准控制，从而确保电压输出的稳定性和精准性。此外为了有效防范可能存在的噪声，避免频率过高对原本电源内部的噪声产生更多的不利影响，需要配置相关的外围电路，并实施滤波处理，或者增设相关的过电流保护、防冲击电流保护等附件功能保护电路。
2无线通信设备领域应用开关电源的优势分析
无线通信系统运行过程中，需要很多的设备和元器件，每一种设备都需要保证其性能，才能更好地提升整体无线通信系统的运行效能和稳定性。无线通信设备系统运行过程中，开关电源的优势非常明显，通过开关电源DC/DC变换器，可以实现对各种电池电压的降压和升压的有效转换，进而更好地满足运行的需要，提高电压的可靠性和稳定性。在无线通信设备领域引入开关电源，具有独特的优势，可以满足系统运行的要求，同时还能够实现系统高效能运转，保证系统稳定性，降低噪声带来的不良影响，是智能化时代的发展产物[1]。
无线通信设备运行管理过程中，开关电源的应用需要进行科学设计，按照基本的流程和要求进行，才能确保各种类型电压的快速有效转化。具体开关电源的利用过程中，应当充分考虑无线通信设备运行的要求和整体系统功能的要求。通常，开关电源DC/DC变压器设计过程需按照如下步骤进行实施。（1）要明确变压器相关的技术指标体系和要求。变压器的转化，具有自动化功能，但是需要根据具体的适用范围、环境及要求等确定可以进行电压转化的幅度和范围，以避免影响整体变压器功能的发挥。因此，应当首先确定变压器相关的技术指标，对变压器变压可以变化的范围以及能够输出的电压的具体指标范围进行确定，同时确保变压器自身可承载能力达标。以此为基础进行综合分析和基础研究后，方可选择匹配的变压器类型。（2）需要对变压器的工作频率进行研究。通常，无线通信设备运行过程中，变压器性能的发挥一定程度上需要总结其工作频率。频率性能的发挥会直接影响系统的电源噪声、体系和相关功能的转化与利用，通常需要根据无线通信系统设计的要求和参数，确定变压器的具体工作频率，一般会优先考虑工作频率大的变压器来进行配备使用。（3）合理确定变压器需要配置的关联元器件设备。变压器工作过程中，相关元器件的选择也非常重要，如果元器件选择不合理，将不利于电压的有效、安全、稳定转化。因此，需要总结变压器运行的规律，并针对相配套的元器件进行科学选择，以实现电压的有效隔离和快速转化。通常需要对非隔离方式及隔离方式变压器初次匝数按照相关的原理和公式进行科学分析，以确定变压器的元器件类型。此外，要注意电源变化的频率通常还会受到开关管性能的影响，所以开关管的选择也非常重要。在整体变压器的配置方面，既要充分考虑变压器本身的性能，以及相关元器件的性能，同时要从节能降耗的角度来进行分析，这样可以提高无线通信设备系统运行的高效性和经济性。电源的处理非常重要，电源处理不当将会导致能耗增加，进而不利于科学控制无线通信设备运行的成本。通常需要采用逐渐增加线圈、电容器的方式来进行电源处理，以有效提高系统运行的可靠性，减少噪声等带来的不利影响[2]。
除需要考虑无线通信设备中开关电源的具体类型以及相关变换器的功能以外，还需要综合权衡外界元件的性能。因为变换器的转换效率和质量一定程度上由外接元件的性能来决定，所以需要对外接元件的性能进行统筹分析。通常会采用实验的方式，然后进行科学计算，从而有效确定外接元件的各项参数，以选择匹配的类型，最大限度地保证变换器功能的发挥，减少外接元件对其造成的不利影响。对于变换器，外接元件影响最为明显的当属线圈。通过不断提高线圈的电感来增强变换器的转换效率，但是也会导致线圈直流电阻增大，进而对变换器的转换效率产生抑制作用；电感的减小，可以有效降低线圈的高度，但是也会导致流经电路的峰值电流过大。因此，需要对相关的功能进行科学分析，并通过科学实验的方式来进行综合研究，以更好地选择功率匹配的电阻元器件[3]。
随着科技水平的不断提升，市场上逐渐研发出了导通电阻较小、性能良好的功率金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）。将功率MOSFET应用于开关管中，可以有效突破双极型晶体管应用带来的不足，当然由于金属氧化物半导体场效应管自身会受到栅电容的影响，如果控制不当将会导致损耗的增加，不利于提升变换器的转换效率，所以需要有效统筹和分析功率MOSFET的导通电阻与电容相互之间的制约关系，以计算出最佳的导通电阻参数[4]。为最大限度地提升无线通信设备中开关电源的转换效率，减少能耗损失，会采取如下方式。（1）选择和系统低电压化相匹配的电源电路，以降低工作电压，进而不断提升电流，实现同频转化。目前应用比较广泛的变换器电路为CPU电源配件。（2）从减少电源所占空间的角度来进行电源迷你、小型化处理。通常采用的方式是降低线圈的厚度，应用两个陶瓷电容更换线圈，以实现电压的有效转换和利用。（3）不断提高电源运行的高效性。变换器整体运行中，电源的作用非常重要。为了进一步提升运行效率，减少损耗，可以配置相关的栅电容较小的功率MOSFET等外接元件[5]。
3新形势下无线通信设备中开关电源的发展方向探析
无线通信设备运行过程中，开关电源发挥的作用非常重要。未来随着技术的发展和升级，开关电源的性能将更加优化，开关电源技术将向着如下方向进一步拓展。
第一，数字化方向发展。随着智能化时代的到来，大数据技术的应用越来越广泛，传统的功率电子技术在应用过程中暴露出一些不足。目前，在国家无线通信领域模拟电路体系中，很多设备都采用了数字化技术，开关电源技术也逐渐向着数字化方式升级，从而可以构建相关的模型和模拟系统来实现智能化控制。
第二，高效化方向发展。随着无线通信设备运行性能、要求等的不断提高，对开关电源的要求也在不断升级，所以需要在开关电源的体积、转换频率等方面进行深入研究，要统筹分析开关电源的体系、转换频率和对元器件的损耗等，综合分析后选择匹配的开关电源。这也是未来开关电源技术需要突破的难点[6]。
为了进一步提升无线通信设备运行效能，开关电源技术也将在新的领域取得更多的突破。例如，随着近年来我国隔离技术的不断升级，针对电子设备系统可以设定不同负载的电源系统，以实现在低压领域的效率提升。此外，在软开关技术方面也取得了较大的突破，越来越多的软开关技术被逐渐开发出来，以不断提升变换器转换效能。功率因数校正技术也逐渐引入国内，国家相关部门也在不断学习和借鉴国外在该技术方面的经验，结合我国无线通信设备领域的开发应用情况，探索PFC技术和无源技术的适用效能。