更低。最近欧盟和美国消费者协会统计，美国一般家用电器和工业电气设备的单机能源消耗指数大于92%。美国的“能源之星”对电子镇流器、开关电源以及家用电器的效率都制定有很仔细的、非常严格的规章条款。
(2) 体积小，重量轻。据统计，100W的铁芯变压器的重量为1200g左右，体积达350cm3，而100W的开关电源的重量只有250g，而且敞开式的电源更轻，体积不到铁芯变压器的1/4。
(3) 开关电源具有各种保护功能，不易损坏。而其他的电源由于本身原因或使用不当，发生短路或断路的事故较多。
(4) 改变输出电流、电压比较容易，且稳定、可控。
(5) 根据人们的要求，可设计出各种具有特殊功能的电源，以满足人们的需要。
1.2开关电源的控制方式
目前生产的开关电源多数采用脉宽调制方式，少数采用脉冲频率调制方式，很少见到混合调制方式。脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation，PFM）是将脉冲宽度固定，通过调节工作频率来调节输出电压。在电路设计上要用固定频率发生器来代替脉宽调制器的锯齿波发生器，并利用电压、频率转换器（例如压控振荡器VCO）改变频率。稳压原理是：当输出电压升高时，控制器输出信号的脉冲宽度不变，而工作周期变长，使占空比减小，输出电压降低。调频式开关电源的输出电压的调节范围很宽，调节方便，输出可以不接假负载，详见图2所示的波形图。混合调制方式是指脉冲宽度与频率都不固定，都可以改变。目前这种调节方式应用得不是很多，产品类型也不多，只是在个别实验室中使用，其原因是两种调制方式共存，相互影响较大，稳定性差。再者，这种开关电源电路比较复杂，集成控制电路也不是很多。但是它的占空比调节范围很宽，输出电压能做到很低。
tontofftontoffTVinV00t0tTVinV0
(a) PWM控制方式
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tontoffT1VinV00VinV0t0T2t
(b) PFM控制方式
图2 PWM、PFM控制方式和波形图
1.2.1脉宽调制的基本原理
开关电源采用脉宽调制方式的占很大比例，所以有必要对脉宽调制的基本原理加以了解。220V交流输入电压经过整流（BR）滤波后变为脉动直流电压，供给功率开关管作为动力电源。开关管的基极或场效应管的栅极有脉宽调制器的脉冲驱动。脉宽调制器由基准电压源、误差放大器、PWM比较器和锯齿波发生器组成，如图3所示。开关电源的输出电压和基准电压进行比较、放大，然后将其差值送到脉宽调制器。脉宽调制的频率是不变的，当输出电压V0下降时，与基准电压比较的差值增加，经发达后输入到PWM比较器，加宽了脉冲宽度。宽脉冲经开关晶体管功率放大后，驱动高频变压器，使变压器初级电压升高，然后耦合到次级，经过二极管VD整流和电容C2滤波后，输出电压上升，反之亦然。
VDAC220VBR++C2-50HZV0[1]
TRVTPWM比较器误差放大器-+锯齿波发生器PWM调制器基准电压源
图3 脉宽调制的原理图
1.2.2脉冲频率调制的基本原理
脉冲频率调制的过程是这样的：如图4所示，从输出电压中取出一信号电压
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并由误差放大器放大，放大后的电压与5V基准电压进行比较，输出误差电压Vr，并以此电压作为控制电压来调制VCO的震荡频率f。再经过瞬间定时器、控制逻辑和输出级，输出一方波信号，驱动MOS开关管，最后经高频变压器TR和整流滤波获得稳定的输出电压V0。假设由于某种原因而使V0上升或负载阻抗下降，控制电路立即进行下述闭环调整：V0↑→Vr↑→f↓→V0↓。该循环的结果是输出电压V0趋于稳定，反之亦然。这就是PFM的工作原理。假设电源效率为η，脉冲宽度为m，脉冲频率为f，则有V0=??m?f?V1。当??m?V1确定后，通过调制VCO的震荡频率就可以调节输出电压V0，并实现稳定输出。需要指出的是：a、b、c是压控振荡器外围元件连接端，它们将决定振荡的工作频率和频率调制灵敏度。D端为锯齿波电压输入端，由它改变定时器的定时时间。
误差放大器-Vr+压控振荡器abcd-+F瞬时定时器零电压比较器控制逻辑VD+BTRVTCV05VVC0R0.5V
图4 脉冲频率调制的基本原理
2 元器件的选用
2.1开关电源元器件的选用
无论哪种变换器，用哪种结构形式的开关电源，所用的元器件都是开关晶体管、电阻、电感及磁性材料等。选用好的元器件，是决定开关电源质量的关键。往往设计的开关电源出现的问题，多数是元器件选用的问题。元器件本身质量的差异是影响开关电源质量的一个重要原因。
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2.1.1材料清单
序标注 号 1 2 3 R1 R2 R3 元件 名称 电阻 电阻 电阻 型号 规格 1 82K 6.8M 数量 1 1 1 序标注 号 17 18 19 VD2 VD3 CW1 元件 型号规格 名称 二极管 二极管 稳压 15V 二极管 发光 1N4148 1N5819 数量 1 1 1 4 R4,7 电阻 1K 2 20 LED1 二极管 红Φ3 1 5 6 7 8 9 10 11 R5 R6 R8 R9 R10-13 R14 R15 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电子 电阻 680 8.2 100 150 120 240 2.2K 4.7uF/401 1 1 1 4 1 1 21 22 23 24 25 26 27 VT1 VT2 T1 三极管 三极管 高频 MJE13003 C1815 -- 1 1 1 1 1 1 1 变压器 IC1 K1 -- -- 三端可调 波段开关 十字线 外壳 LM317 -- -- -- 12 13 14 15 16 C1 C2 C3 C4,5 VD1 电解电容 0V 瓷片电容 电解电容 V 电解电容 10uF/35V 二极管 1N4007 472 220uF/251 1 1 2 1 28 29 30 31 32 -- -- -- -- -- 导线 自攻螺丝 自攻螺丝 线路板 -- 0.1*6 2.6*5 3.4*14 WFS-404 -- 2 1 2 1 1 2.1.2整流二极管
整流二极管一般为平面型硅二极管，用于各种电源整流电路中。选用
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整流二极管时，主要应考虑其最大整流电流、最大反向工作电流、截止频率及反向恢复时间等参数。
普通串联稳压电源电路中使用的整流二极管，对截止频率的反向恢复时间要求不高，只要根据电路的要求选择最大整流电流和最大反向工作电流符合要求的整流二极管即可。例如，1N系列、2CZ系列、RLR系列等。
开关稳压电源的整流电路及脉冲整流电路中使用的整流二极管，应选用工作频率较高、反向恢复时间较短的整流二极管（例如RU系列、EU系列、V系列、1SR系列等）或选择快恢复二极管。 2.1.3稳压二极管
稳压二极管一般用在稳压电源中作为基准电压源或用在过电压保护电路中作为保护二极管。选用的稳压二极管，应满足应用电路中主要参数的要求。稳压二极管的稳定电压值应与应用电路的基准电压值相同，稳压二极管的最大稳定电流应高于应用电路的最大负载电流50%左右。 2.1.4开关二极管
开关管用在高速运行的电子电路中，起信号传输作用，在模拟电路中起作钳位抑制作用。高速开关硅二极管是高频开关电源中的一个主要器件，这种二极管具有良好的高频开关特性。它的反向恢复时间trr只有几纳秒，而且体积小，价格低。在开关电源的过压保护、反馈控制系统中常用到硅二极管，如1N4148、1N4448。
硅二极管的主要技术指标是：
(1) 最高反向工作电压VRM和反向击穿电压VBR：这两个参数越大越好。 (2) 最大管压降VFM：小于0.8V。 (3) 最大工作电流Id：大于150mA。
(4) 反向恢复时间trr：小于10ns。
2.1.5瓷介电容器
半导体型陶瓷电容器（图5）具有容量大，体积小 等特点，适用于滤波、旁路、耦合等电路中。穿心式或支柱式结构瓷介电容器，它的一个电极就是安装螺
图 5瓷介电容器
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