摘要：稳压直流电源是电子产品中普遍使用的电源设备，尤其是开关型稳压电源，更是以其价格低、性能好等优势得到了广泛的应用。但开关稳压电源的性能主要还是由设计的水平决定的，科学的设计可以大大提高电源的稳定性和安全性。因此本文对开关稳压电源电路的基本组成、工作原理进行了研究，并其中的一些关键的设计要点进行了分析。

关键词：开关电源；稳压电源；电源电路

电源是各种电子产品和电器设备的重要组成部分，稳定的电源供给是保障设备高效运转的前提条件。大部分电子产品都采用的是直流电源，但电网中提供的通常是交流电，因此必须采用AC-DC电源进行转换才能正常使用。在当前的AC-DC电源产品体系中，又以高频开关式直流稳压电源的性能最为优异，加上其体积小、重量轻，成为许多电子产品电源电路的首选[1]。开关稳压电源的性能对电子产品的性能影响很大，本文对开关稳压电源电路的基本组成、工作原理进行了分析，并以某型+24V- 5A-120W的开关稳压电源电路设计过程为例，对一些关键的设计要点进行了分析。本文的研究可以为开关电路设计领域提供有益的参考。

1电源电路结构分析

不同的厂家设计的开关稳压电源在结构和性能上都有较大差异，但其基本工作原理是相似的[2]。一般来说，开关稳压电源要完成电能转换工作，至少要包含输入单元、功率变换单元、控制单元、驱动单元和保护电路等部分。

主电路的输入电源使用是单相交流电形式，然后对其进行半桥整流和滤波，完成功率变换，半桥逆变模块采用MOSFET管器件，构成了频率等于50kHz的开关电路。为了实现电路的保护，需要进行反馈电路设计，将输出端的电压进行采样后反馈到比较电路，与预设值相比，根据比较结果对逆变电路的工作状态进行控制，使其具有动态适应性和稳定性。下面对各设计要点进行详细论证和分析。

2电路设计要点分析

2.1控制电路设计要点

控制电路采用了现代自动控制理论的基本思想，通过信号反馈的方式来达到输入端信号的自调节，这是电源电路提升稳压性能的關键要点。在具体实现上，首先人为设计一个电压值，即希望通过电路设计使其电压稳定在设定值附近，并尽可能控制其变化幅度；其次，将电路输出端的电压信号通过反馈回路引回输入端，并与设定值进行对比，两个信号进行差分后作为控制信号对功率开关器件的导角进行动态调节，当输出电压偏高时，该差分信号可以将输入电压调低，反之亦然，从而将输出电压稳定在设定值上。根据实际需求和成本考虑，本文采用了SG3525芯片为电路控制单元。

控制单元是电源电路性能的重要保证，合理的控制逻辑设计和器件选型可以大大提升开关稳压电源的总体性能。因此，为了提高控制电路的性能，可以采用恒频脉宽调制方式进行电路控制，充分利用了误差放大器的高精确性，使设计者可以更精确地控制PWM波的占空比，对输出电压进行精密调节，实现高精度稳压。此外，为了提高电路带负载能力，设计时可以另外加入驱动隔离电路。

2.2功率变换单元设计要点

开关电源的关键功能在于将交变的电波转化为平稳的直流电，而这种变换是由功率变换器件完成的[3]，因此功率变换单元的设计应作为开关稳压电源电路设计的关键点，必须高度重视。功率变换单元的设计并不是一成不变的，它与用电设备对输出电压的功率量级有着很大的关系，不同的功率要求需要进行不同的设计，因此如何把握功率变换单元与输出功率之间的适配性，成为了功率变换单元设计的关键要点。对于一般场合来说，目前较广泛采用的功率变换单元多采用半桥变换器，通过脉宽调制的方式进行功率变换控制，可以达到较满意的效果。要实现基于脉宽调制的半桥功率变换电路，就需要用到MOSFET管、变压器、二极管等器件，而这些器件的选型也对功率变换单元的性能起到了较重要的作用。

2.3开关管驱动单元设计要点

MOSFET器件是一种典型的电压控制型器件，与其它功率器件相比，它所需要的驱动功率更小，因而在驱动电路设计上可以得到较大的简化[4]。但要想MOSFET正常工作，仍然需要为期春提供提供充分的栅极电压和栅极电容充电电流，同时还要满足泻放栅极电荷的要求。考虑到驱动电路在整体电路中的位置一般处于主电路和控制电路之间，因此它可以充分发挥其位置的优势，既可以为功率器件提供适当可调的正向电压和反射电压，为开关管的准确动作提供了良好的条件，还可以在短时间内建立起充分的瞬态功率或瞬时电流，促进栅控电场的形成，减少器件响应时间。因此开关管驱动电路的设计必须以结构简单、驱动功率大、负压关断能力强等指标为重要方向。为了使MOSFET管的高频寄生振荡对电路产生最小的影响，可以在栅极中串入栅极电阻，以达到迅速衰减寄生振荡的目的，同时可以在栅源极间并联一个4.7kΩ的电阻器，进一步提高开关管的耐压性能和抗干扰性能。此外，在栅源极间并两只反串的稳压二极管，可以对电路起到过压保护作用，提高电源电路的可靠性。

2.4过流保护单元设计要点

过渡保护单元可以在特殊情况下对电源进行保护，防止意外事件对电源电路造成损坏。尽管过渡保护电路不是电源电路的主要部分，但它的作用是十分重要的，尤其是对于一些供电质量不高的区域，或者那些环境恶劣的地区。过渡保护电路的设计要点包括，通过两个电阻并联对电路电流进行采样，如果电流大于5.5A，则运算放大器反射输入电压为正，此时只能输出低电平，此时SG3525模块也会被迫关闭， PWM脉冲输出随之停止，即发挥了过渡保护的功能。

2.5整流器输出单元

交流电经过整流、滤波、逆变、稳压等处理后，电压水平基本可以满足使用要求，此时可以将电压输出供用电设备使用。电压信号是通过整流器输出电路来输出的，该器件实际上是两个二极管，本质上属于全波整流电路。两个二极管与电感平摊电流。考虑到变压器次级线圈一般会有一个抽头，因此可以把次级线圈看成是两个独立的对称绕组，其输出电压在数值上相等，但方向是相反的。

3电路测试要点分析

为了验证设计的合理性，必须对上述设计的开关稳压电源电路的基本功能和电路性能进行严格测试。测试的关键点在于通过输入不同的电压，观察其输出能否保持稳定。在瞬间过压条件下，过渡保护电路能否发挥应有的作用。通过测试，在输入100-220V的单相交流电时，输出电流均可以保持在5A左右，电压误差不超过0.3V。可见，本文采用的半桥整流电路充分发挥了其开关管承受电压低、数量少和驱动电路简单等优点。另外，变压器原边串入的耦合电容很大程度上避免了过强的直流偏磁问题。进一步测试表明，该电路具有较小的电压调整率、电压在闭环控制下稳定性较好、工作过程安全可靠。因此，开关稳压电源电路的设计者只要注意本文分析的几个要点，就可以为高性能的开关稳压电源产品奠定良好的基础。本文设计的电源可以在100-500W的中功率领域进行推广应用。

参考文献：

[1]荣海林，姚福安，张德强.基于LM5117的降压型直流开关稳压电源设计[J].中国教育技术装备.2017，（6）：36-38.

[2]李江涛；郭慧洁；.数控开关稳压电源的硬件设计[J].数字技术与应用.2012，（6）：181.

[3]冯志鸿，张煜升.基于TL494的开关稳压电源设计[J].电子制作.2014，（2）：57.

[4]黄俊.基于PWM的高精度直流开关稳压电源设计[J].仪表技术与传感器.2016，（12）：181-185.

作者简介：

李岩，男，汉族，天津市武清区，中电晶锐（天津）激光技术有限公司，助理工程师，大学本科，电路控制系统研发设计.