開關電源設計中的元器件如何選型？

導讀開關電源屬有穩壓功能的DC/DC變換，其中間環節仍然要通過脈沖狀態作為轉換媒介。在開關電源中，電壓、電流波形均為突變的脈沖狀態，元器件所承受電壓或電流除加在元器件上的供電電壓以外，還有電路中電感成分引起的感應電壓、電容器的充電電流等，使得元器件的選擇變得復雜化。實際上，開關電源屬有穩壓功能的AC/DC或DC/DC變換器，即使所謂DC/DC變換，其中間環節仍然要通過脈沖狀態作為轉換媒介。實際過程是：DC先逆變成脈沖狀態的AC，再由脈沖整流、濾波成為直流電壓。在此過程中，整流、濾波元器件要求也與工頻整流電路大有區別。工頻正弦波交流電源最大值、平均值和有效值都按正弦函數有固定的比例關系，可以對元器件的額定參數進行十分準確的計算。但是，脈沖波、電壓、電流數值的關系不是壹成不變的，而是隨脈沖波形和負載性質而有很大的變化。即使采用積分法計算脈沖波形的平均值，要求脈沖波形有壹定的規律，而波形幅度與時間關系的不穩定性使這種計算往往難以準確。尤其是脈沖波形的定量測量，也非壹般簡單儀表所能準確測量的，除了脈沖示波器以外，還沒有更簡單的方式，例如：開關電源開關管的反向電壓值。至於某些情況下要求測出脈沖波的有效值就更困難了。例如：用行逆程脈沖向CRT燈絲供電，要求6.3V的有效值，其準確測量，除用熱電偶傳感器組成的磁電式儀表或高頻率電動式儀表以外，似乎還沒有其他的方式。也就是說，工作在脈沖電路中的元器件欲通過實測電壓、電流參數選擇其性能是不可能的。至於理論計算，也只能達到近似估計的程度，具體參數選擇是在計算結果的基礎上寬打窄用。最明顯的例子是：單端開關電路，從理論上計算，其開關管反壓應為輸入電壓最大值的兩倍。而實際應用中，加在開關管集電極的脈沖波形受儲能電感的集總參數、分布參數和電源負載性質的影響，開關管承受反壓值將超出理論計算值範圍。因為電感線圈的感應電勢不僅與電流變化成正比的函數，而且與產生電流變化的時間成反比。另外，電感線圈的工藝上幾乎難以人為控制的分布參數，也使感應電勢大幅度超出計算值。因此，在脈沖狀態下，不論無源元件還是有源器件，其性能選擇不同於普通模擬電路。