高频开关电源构成与PWM原理
目前空间技术、计算机、通信及家用电器中的电源多采用高频开关电源。开关电源的效率、体积、重量等指标均优于线性稳压电源。开关电源的调整管工作在开关状态，损耗小，效率可达75%～95%；稳压电源体积小，重量轻；调整管功耗小，相应散热器的体积也小。另外，开关频率工作在几十千赫，滤波电感及电容可用较小数值的元件；允许的环境温度也可以大大提高。但由于调整器件的控制电路比较复杂，输出纹波电压较高，所以开关电源的应用也受到一定的限制。
电子设备小型轻量化的关键是供电电源的小型化，因此需要尽可能地降低电源电路中的损耗。开关电源中的调整管工作在开关状态，也必然存在开关损耗，而且损耗随开关频率成比例地增加。另一方面，开关电源中的变压器、电抗器等磁性元件以及电容元件，随着频率的提高，这些元件上的损耗也随之增加。
目前市场上开关电源中的功率管采用双极型晶体管的，开关频率可达100kHz；采用MOSFET的开关频率可达500kHz。为提高开关频率必须减小开关损耗，需要采用高速开关器件。对于兆赫以上的开关频率可利用谐振电路，这种工作方式称为谐振开关方式。这种方式可以极大地提高开关速度，原理上开关损耗为零，噪声也很小，这是提高开关电源工作频率的一种有效方式。采用谐振开关方式的几兆赫变换器已经实用化。
开关电源的集成化与小型化正在变为现实，目前正在研制功率开关管与控制电路集成于同一芯片上的集成模块。然而，把功率开关管与控制电路包括反馈电路都集成于同一芯片上，必须解决电气隔离与热绝缘等问题。
目前，世界各国正在大力研制新型开关电源，不断地向高频化、线路简单化和控制电路集成化方向发展。
1.开关电源的基本构成
开关电源采用功率半导体器件作为开关器件，通过周期性通断工作，控制开关器件的时占空比来调整输出电压。开关电源的基本结构如图3-35所示，其中DC/DC变换器进行功率转换，它是开关电源的核心部分，此外还有启动电路、过电流与过电压保护电路、噪声滤波器等部分组成。反馈回路(R1、R2)检测输出电压变化，与基准电压Ur比较，其误差电压通过放大器放大及脉宽调制（PWM）电路，再经过驱动器控制开关器件的通断时间比，从而调整输出电压的大小。
2. 开关型稳压电源的分类
开关型稳压电源的电路结构有多种：
①按驱动方式分：有自激式和他激式。
②按DC/DC变换器的工作方式分：有单端正激式和反激式、推挽式、半桥式、全桥式等；还可分为降压型、升压型和升降压型等。
③按控制方式分：有谐振型和非谐振型。
④按控制方式分：有脉冲宽度调制(PWM)式，脉冲频率调制(PFM)式，PWM与PFM混合式。
以上这些方式的组合可构成多种方式的开关型稳压电源。因此设计者务必根据各种方式的特征进行有效的组合，制作出高质量的开关型稳压电源。
3. PWM工作原理
脉冲宽度调制(PWM)变换器就是通过重复通/断开关工作方式把一种直流电压(电流)变换为高频方波电压(电流)，再经过整流平滑后变为另一种直流电压输出。PWM变换器由功率开关管、整流二极管及滤波电路等组成。输入与输出间需要进行电气隔离时，可采用变压器进行隔离和升降压。PWM变换器的工作原理如图3-36所示。由于开关工作频率的提高，滤波电感L，变压器Tr等磁性元件以及滤波电容C等都可以小型化。
对于PWM变换器，加在开关管S两端的电压us及通过S的电流is的波形近似为方波，如图3-37所示。占空比D定义为
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