开关电源迎来了个生机勃勃的春天。发展史年美国的科学家罗耶首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。此后,利用这技术的各种形式的晶体管直流变换器不断地研制和涌现出来,从而取代了早期采用的旋转式或机械振子式的寿命短可靠性差转换效率低的换流设备。由于变换器中的功率开关管工作在开关状态,所以由此而制成的开关电源输出的组数多极性可变效率高体积小重量轻,在当时被广泛地应用于航天及军事电子设备上。由于那时的微电子技术十分落后,不能制作出耐压高速度快功率大的晶体管,所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入,并且转换的速度也不能太高。年代末,由于微电子技术的快速发展,高反压的晶体管出现了,从此以后直流变换器就可以直接由市电经整流滤波后输入,不再需要有降压变压器了,从而极大地扩大了开关电源的应用范围,并在此基础上诞生了无工频降压变压器开关电源,省掉了工频降压变压器,使开关电源的体积和重量大为减小。开关稳压电源才真正做到效率高体积小重量轻。年代以后,与该技术有关的高频高反压的大功率晶体管场效应管高频电容肖特基二极管高频磁芯材料等元器件也不断地被研制和生产出来,使这技术得到了飞速的发展,并且被广泛地应用于计算机通信航天彩色电视等领域中,从而使无工频变压器开关电源成为各种电源中的佼佼者。目前正在克服的困难随着半导体技术和微电子技术的高速发展,集成度高功能强的大规模集成电路的不断出现,使得电子设备的体积在不断地缩小,重量在不断地减轻,所以从事这方面的研究和生产的人们对电源中的开关变压器还感到不是十分理想,他们正致力于研制出效率更高体积和重量更小的开关变压器或通过别的途径来取代它,使之能满足电子仪器和设备微小型化的要求。这就是从事开关电源研究的科技人员目前正在克服的第个困难。开关电源的效率是与开关管的变换速度成正比的,并且由于采用了开关变压器以后,才能使之由组输入得到极性大小各不相同的多组输出。要进步提高其效率,就必须提高其工作频率。但是当频率提高以后,对整个电路中的元器件又有了新的要求。例如高频电容开关管开关变压器储能电感快速整流二极管等都会出现新的问题。进步研制出适应高频工作的有关电路元器件是从事开关电源研制的科技人员要解决的第二个问题。线性电源中的功率调整管具有稳压和电子滤波的双重作用,因而串联线性电源不产生开关干扰,且输出波纹电压小。但是开关电源中的开关管是工作在开关状态,所以就会产生尖峰干扰和谐振干扰。这些干扰就会污染市电电网,影响邻近的电子仪器和设备的正常工作。随着开关电源电路和抑制干扰措施的不断增加和完善,它的这缺点得到了进步的克服,可以达到不妨碍般电子仪器和设备正常工作的程度。但在些精密电子仪器中,由于这缺点,却使开关电源不能得到应用。所以,克服这缺点,进步提高开关电源的使用范围是从事开关电源研制人员要解决的第三个问题。目前,在开关电源方面急需解决的最后个问题,是开关管的二次击穿问题。要解决这问题,首先要将其产生的原因分析清楚,而目前人们对此还没有完全掌握,还只能从热点的角度进行解释,所以这方面还需人们去做大量的研究和探索工作。国内发展概况我国的晶体管直流变换器及开关电源研制工作开始于年代初,到年代中进入了实用阶段,年代初开始研制无工频降压变压器开关电源。年研制成功了工作频率为输出电压为的无工频降压变压器开关电源。近多年来,我国的许多研究所工厂和高等院校已研制和生产出了多种型号的工作频率为左右,输出功率在以下的无工频降压变压器开关电源,并应用于计算机通信电视等方面,取得了较好的效果。工作频率为的高频开关电源于年代初就已开始试制,年代初试制成功。目前正在走向实用和再进步提高工作频率阶段。许多年来,虽然我国在这方面投入了大量的人力和物力,做出了巨大的努力,并取得了可喜的成就,但是,目前我国的开关电源技术与世界上先进的国家相比仍有较大的差距。此外,近几年来我国虽然把无工频变压器开关电源的工作频率从数十提高到数百,把输出功率由数十提高到数百甚至数千,但是,由于我国半导体技术与工艺跟不上时代的发展,导致我们自己生产出的无工频变压器开关电源中的开关管大部分采用的仍是进口的晶体管。所以我国的开关电源事业要发展,要赶超世界先进水平,最根本和最关键的问题是如何提高和改进我国的半导体器件技术和制作工艺。开关电源的技术发展趋势小型化由于电源小型花的关键是高频化，因此国外目前都在致力于同步开发新型元器件，特别显降低，电路可以采用开关频率固定的控制方式。这两种电路的基本开关单元如图。零电压开关基本开关单元零电流开关基本单元图零开关电路的基本开关单元零转换电路这类软开关电路还是采用辅助开关控制谐振时刻的开始时刻，所不同的是，谐振电路是与主开关并联的，因此输入电压和负载电流对电路谐振过程的影响很小，电路在很宽的输入电压输入范围内并从零负载到满载都能工作在软开关状态。而且电路中无功功率的交换被削减到最小，使这种电路的效率进步提高。零转换电路可分为零电压转换电路零电流转换电路。基本开关单元如图。开关单元开关单元图零转换电路的基本开关单元本章小结本章简要介绍了开关电源的工作原理，并从多方面阐述了开关电源的详细分类。讨论了开关电源在应用中的优点和不足。本章还简要介绍了软开关技术以及软开关和传统的硬开关之间的不同，指出软开关是实现开关电源高频化小型化和轻量化的理想途径。第章高压软开关充电电源硬件设计主电路设计主要技术指标输入电压交流，输出充电电压，直流负载电容容量输出电流安培直流电源容量开关频率，谐振频率电流检测与电压检测用实现控制。主电路选型在谐振开关技术中最适合脉冲电容充电的电路是串联谐振开关电路,输出近似为恒流源或称等台阶充电,突出的优点是充电效率高且具有固有短路保护能力。其主电路如图所示。由于电源功率大，采用全桥型电路，高频变压器的副边也采用二极管整流桥进行整流。图电容充电电源主电路示意图图中为串联谐振电感含变压器漏感和线路分布电感为串联谐振电容。其工作原理和具体参数将在下面给出。电路的工作原理及方式直流电压由市电经过整流得到经过逆变电路逆变为频率很高的方波交流电，此高频方波交流电在经高频变压器生压后，由二极管整流桥整流输出稳定的直流电流，向电容进行充电。设为的开关频率，为谐振频率。串联谐振变换器按大小有种工作方式方式电流连续工作,零电压开通和硬关断,开关损耗和干扰较大。因线路存在电感,断时产生的电压尖峰较高,极易损坏开关器件。现在以图的电路来分析下串联负载变换器的这三种运行方式。串联负载变换电路等效电路图串联负载变换电路及等效电路由图可知，电感和电容形成串联谐振，并与负载串联，经过谐振的电流在负载端被全波整流。输出端的滤波电容足够大，可以认为电容两端电压是没有波纹的直流电压。为了简化分析，假定谐振电路中的电阻损耗可以忽略不计，输出电压可以反射到整流桥的输入端，以表示，如果为正，，为负，。若开关导通，电流为正时流经，反之，流经二极管。与此类似，为负时，若开关导通，电流流经反之流经二极管。因此，对图来说，可有如下四种状态当时导通，导通，。当时导通，导通，。谐振槽上的电压取决于电流的方向以及哪个开关器件导通。上述方程所描述的状态可以用图所示等效电路来表示。应该注意，使用这个等效电路时应按不同的时间间隔来计算。在每种时间间隔内，要确定其出使条件，并把和看作个直流电压。在稳态对称运行时，两个开关器件的工作状态是相同的，与此相似，两个二极管的工作状态也是相同的，因此只要对半个运行周期进行分析即可知道整个周期的状态，因为另外半个周期的运行状态与此对称。此串联谐振电路的开关频率由电路中的开关器件来控制，它可以比谐振频率低，也可以比谐振频率高。根据和的不同比值，电流有连续和不连续之分，起运行状态可分为下面的三种情况。断续导通应用谐振方程可计算出电流和电压的稳态波形，如图所示。在时刻，开关开通，电感电流从零开始建立，电容电压的初始值为，电流和电压在各区间的等效电路示于图中。在时刻，滞后，电感电流开始反向。因为开关尚未开通，电流只能流经二极管，向电源回馈能量。在之后的度内，峰值电流较小。当达到零之后，如果电路中开关器件未开通，电流直为零。由于电路中电流电压是对称运行的，在断续期间，电容电压等于，相对于为负值。因为，以电流成为断续状态在时刻，开关开通，下半周开始工作，其电流电压波形前相同，但极性相反。电路的开关频率可从两次开通为个周期来计算。由图可知，开关频率小于谐振频率的半，也就是说个开关周期内，谐振电流已震荡两次，另外还有两段停止工作时间。开关频率的半个周期超过了谐振电流的，所以，被整流的电感电流等于输出直流电流，负载电压为。图电流断续运行连续导通图为时，谐振电流连续运行状态的波形图。图电流连续运行由图可知，开关在处开通。开通条件不是零电流和零电压条件，开关导通时间小于。在处反向，电流流经二极管，于是开关自然关断，在处，开通，电流从二极管转向开关。与断续运行相比，因为开关提前开通，所以导通时间也小于度。这种状态运行，开关不是在零电压和零电流条件下开通，所以产生了开通损耗。此外，为了避免对开关有过大的反向峰值电流和过大的二极管损耗，二极管必须有良好的反向恢复特性。例如，在处，开关开通时，原来导通的二极管不能立即关断，于是通过的反向电流会给正在开通的开关增加了电流负担。因为电感电流经过开关过零，而且经续流二极管反向，所以开关是在零电流零电压条件下自然关断的。连续导通这种运行状态与以前讨论的连续导通状态有所不同，当时，电流也是连续的，开关的关断是强迫关断，开通具有零电流和零电压条件。图电流