开关电源详解：分类、设计要点与实际应用指南
一、按开关管的激励方式分类
在开关电源的设计中，首先要决定的是开关管的激励方式。这里有两种主要的方式：自激式和他激式。简单来说，这两者的区别就是谁来控制开关管的“开关”节奏。就好比舞台上灯光的开关节奏，是由灯光师自己调控，还是由预设的程序控制。
自激式开关电源
自激式相当于“自带节奏”，它的开关频率是由电路自身产生的。这种方式的优点是结构简单、成本低，但缺点也明显：因为频率不够稳定，所以输出电压可能会有波动。这种类型的电源适合低功率、对输出稳定性要求不高的场合，比如LED照明驱动电源。
设计要点：电感、电容的选型很关键，因为它们决定了振荡频率。假设我们要设计一个12V输入、5V输出、1A电流的自激式降压电源，就要计算好电感和电容的值，以确保能稳定输出5V。
实际应用：在LED台灯中，可能使用自激式开关电源，电路结构简单，不需要复杂的控制系统来保持稳定输出。
他激式开关电源
他激式就像外部有人在控制节奏。这种类型的电源用外部振荡器来产生控制信号，开关频率很稳定，所以输出波动小，适合对稳定性要求高的设备，如电脑电源和工业设备的电源。
设计要点：这里的关键在于如何选择振荡频率，比如我们可以用晶体振荡器来提供一个精确的频率，确保输出电压的稳定性。同时，要注意开关管的耐压和导通电阻等参数，以降低能耗。
实际应用：比如在一台工业自动化设备中，使用他激式开关电源可以保证稳定供电，避免因为电源波动影响设备正常工作。
二、按转换器的电路结构方式分类
电路结构上，开关电源可以分为非隔离型和隔离型。这里的区别就在于输入和输出是否隔离。隔离型电源中，输入和输出之间会加一个变压器，用来保障安全性；而非隔离型电源没有这个隔离，直接连接。
非隔离型转换器
非隔离型电源常见的有降压式（Buck）、升压式（Boost）和升降压式（Buck-Boost）。每种结构都有它的设计特点和应用场合。
设计要点：由于它的工作模式有升压和降压，设计时要特别注意电感和开关管的耐压和电流承受能力。
实际应用：在车载电源中，有时输入电压会在很大范围内波动（比如5V到15V），而输出电压需要稳定在12V左右，这时候Buck-Boost电路是一个很好的选择。
设计要点：选用一个能承受高电压的电感，以应对升压过程中的电压变化。另外，选择低导通电阻的开关管可以提高效率。
实际应用：在一些手电筒或应急灯中，通常使用3.7V的锂电池，这种电池的电压比较低，可以通过Boost电路升压到12V，供给高亮度的LED灯。
设计要点：首先要根据输入输出电压和负载电流，选择合适的电感和电容值。另外，开关管的导通电阻会影响效率，选型时尽量选择导通电阻低的开关管。
实际应用：假设你在设计一个手机充电器，输入是220V交流电，需要降到5V直流输出，这就可以用Buck电路实现。通过调整电感和电容的参数，确保输出电压稳定在5V。
降压式（Buck）
Buck转换器用来把高电压降低到我们需要的低电压，比如从12V降到5V。它的核心元件是一个电感，它能在开关管关断时储能，在开关管导通时释放能量。升压式（Boost）
Boost转换器的原理是把低电压提升到高电压，适合用于需要提升电压的场景，比如从3.7V的锂电池电压升到12V，供给LED灯。升降压式（Buck-Boost）
Buck-Boost是能够在输入电压高于或低于输出电压的情况下都能工作。它的电路结构相对复杂，因为需要实现降压和升压的双重功能。
隔离型转换器
隔离型转换器的特点是在输入和输出之间加了一个隔离变压器，用于提高安全性。常见的拓扑包括反激式、推挽式、半桥式和全桥式。
设计要点：驱动电路设计是关键，确保每个开关管都在适当的时机导通，以避免短路。
实际应用：服务器电源一般使用全桥拓扑，因为它的功率需求较大，需要高效的能量传输和稳定的输出。
设计要点：开关管需要能够承受高电流，高频率下的开关损耗需要特别关注，以避免过热问题。
实际应用：例如在工业控制系统中，一个24V输入、5V输出的推挽式电源可以提供稳定的电力，确保控制系统的稳定运行。
设计要点：反激式电源设计时，主要要计算变压器的匝数比，以满足输入输出电压的关系，同时要保证磁芯不会饱和。
实际应用：在手机充电器中常见的反激式拓扑，它可以将220V的交流电转化为5V的直流电，且提供隔离保护。
反激式
反激式转换器通过储能变压器实现隔离，适用于低功率应用。它的电路结构相对简单，适合小功率隔离需求的设备。推挽式
推挽式转换器的电路设计复杂一些，但它能提供比反激式更高的功率，适合中功率应用，比如一些工业控制器的电源。半桥式和全桥式
半桥和全桥拓扑一般用于高功率隔离应用，它们通过四个开关管的配合实现能量转换，结构复杂但效率高。
三、按开关管的调制方式分类
开关电源的控制方式主要分为脉宽调制（PWM）、频率调制（PFM）和混合调制。
脉宽调制（PWM）
设计要点：通过调节脉冲的宽度来控制输出电压。PWM的优点是效率高、抗干扰能力强，但在轻载时效率会降低。
应用场景：PWM广泛用于手机充电器、电脑电源等场合。
频率调制（PFM）
设计要点：通过调节脉冲频率来控制输出，适合轻载模式下节能。
应用场景：一些待机设备、节能电源会用PFM方式。
混合调制
设计要点：在重载时用PWM，轻载时切换为PFM，兼顾效率和稳定性。
应用场景：高效节能电源如笔记本电源会使用混合调制。
