開關(guān)電源的使用日益普及，電視機(jī)、機(jī)頂盒和錄像機(jī)均采用這種方式供電，移動電話充電器、PDA（個人數(shù)字助理），甚至一些電動牙刷都采用開關(guān)電源。本文對一種簡化的離線式開關(guān)電源進(jìn)行研究，以便為之后的設(shè)計帶來借鑒作用。

1 開關(guān)電源的原理介紹

開關(guān)電源電路有許多種，但最常見的是反激式轉(zhuǎn)換器，其原理如圖1所示，電源輸入首先經(jīng)過整流，然后濾波，接下來經(jīng)過變壓器和初級開關(guān)，以及初級控制器；這個控制器根據(jù)反饋信號來改變開關(guān)的占空比，反饋信號是由次級反饋而來。

圖1 開關(guān)電源的原理電路

盡管可采用電感器，但所示設(shè)計采用的是未隔離的變壓器。隔離設(shè)計在離線設(shè)備中更為常見，在離線設(shè)備中，變壓器具有隔離作用，可方便地實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)整。反激式開關(guān)電源可在非連續(xù)導(dǎo)通和連續(xù)導(dǎo)通兩種模式下工作，不連續(xù)導(dǎo)通模式如圖2所示。Ilm和Vlm是變壓器磁化電感通過的電流和施加的電壓。

圖2 開關(guān)電源的兩種導(dǎo)通模式

當(dāng)開關(guān)閉合時，電壓施加在變壓器初級的兩端，因?yàn)榇藭r次級二極管是截止的，變壓器所起的作用就像電感器。經(jīng)過初級線圈的電流會上升，同時能量儲存在磁通量中。當(dāng)開關(guān)斷開時，次級二極管導(dǎo)通，電流通過次級時會下降，因?yàn)槟芰勘晦D(zhuǎn)換至次邊大容量電容器。如果電流經(jīng)過磁化電感區(qū)后降至零，這是不連續(xù)導(dǎo)通模式。如果磁化電流未降至零，如圖3所示，則系統(tǒng)以連續(xù)導(dǎo)通模式工作。

圖3 開關(guān)電源的不連續(xù)導(dǎo)通模式

兩種模式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，可根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行選擇?？梢蕴暨x大負(fù)載的連續(xù)模式設(shè)計，或選擇小負(fù)載的非連續(xù)模式設(shè)計。有電壓和電流兩種控制模式，在電壓模式中，次邊電壓被反饋，直接控制工作循環(huán)；而在電流模式中，次邊電壓被反饋，控制最大的開關(guān)電流，即控制IC的PWM部分使開關(guān)閉合，當(dāng)電流達(dá)到反饋設(shè)定的極限時，開關(guān)就斷開。

2 控制器的選擇

過去，大多數(shù)SMPS系統(tǒng)采用分立控制器IC和用場效應(yīng)晶體管（FET）作為開關(guān)，現(xiàn)在可以采用集成控制器，這些集成器件針對各種功率級別和應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，通?？煞譃殡p芯片式和單芯片式兩類。雙芯片式包括控制器芯片和MOSFET芯片，而單芯片式僅有一個芯片，一般采用BCDMOS工藝制造。采用 BCDMOS工藝制造高壓功率MOSFET器件，它的局限性多于采用優(yōu)化MOSFET工藝制造的器件。通常，采用BCDMOS工藝制造的芯片的單位面積 RDS（on）值會高出許多。

然而，單芯片解決方案的成本較低，在低功率應(yīng)用領(lǐng)域具有優(yōu)勢。因此，一般是為高功率應(yīng)用選擇雙芯片方案，而為低功率應(yīng)用選擇單芯片方案，高低功率的分界點(diǎn)在15至20W左右。