开关电源 （SMPS），有时也称为开关电源，已成为高效电源转换的主力军，将电源电压交流输入转换为低压直流输出。AC-DC开关模式转换器无处不在;笔记本电脑的外部台式机电源、机顶盒内部以及智能手机的壁式充电器。
过去，电源转换的线性方法执行转换任务。线性电源通常需要带有模拟“线性”调节电路的笨重变压器。由于平均转换效率低于 65%，变压器会产生相对大量的废热，这需要耗散。
相比之下，开关电源结构紧凑、省电，通常优于 85%，而且重量轻。从设计角度来看，开关电源也非常灵活，使设计人员能够找到满足其最终产品可能具有的任何电源要求的最佳解决方案。
在新产品开发周期的某个阶段，工程团队面临着电源设计任务。考虑到他们可能正在从头开始设计产品，可能会有一种诱惑，即在电源上继续采用这种方法。然而，与电子工程的许多其他方面一样，电源设计是一项专业技能。
开关模式原理
开关模式转换的原理适用于 AC-DC 和 DC-DC 电源。对于AC-DC电源，在DC-DC转换阶段之前，有几个阶段，包括对单相230Vac或三相400Vac 50Hz电源电压进行整流。
在这两种情况下，在DC-DC转换级中，功率半导体的初级电路（电源开关电路）向变压器产生高频交流电压。这会导致初级绕组中的电流在次级绕组中感应出交流电，从而产生次级电压。变压器的绕组比指定升压或降压。次级电路对高频电压进行整流，并可产生反馈信号到初级电子设备进行调节。
开关电源的架构
输入滤波器
输入滤波器用于消除电源输入上的任何破坏性电压瞬变和浪涌，防止其进入电源并造成电源损坏。该滤波器还有助于消除开关电路内产生的任何电磁干扰 （EMI），使其无法传导到交流电源。
开关电路通常工作在25kHz至500kHz的频率范围，是EMI的源。从电源输入的噪声有两个分量：共模和差模。共模与在带电或中性线与大地之间测量的噪声有关。差分噪声介于实时噪声和中性噪声之间。
电感器/扼流圈和电容器的组合形成滤波器布置，以衰减这两种类型的噪声。
整流
滤波后的交流输入电压通过桥式整流器布置，产生脉动直流电压。平滑“大容量”电容器可消除整流电压中的线路纹波，并提供电压保持功能。
功率因数校正
这是任何大于 75 W 的电源设计（以及大于 20 W 的 LED PSU）的一个重要方面，它与使用的实际功率与实际消耗的视在电流之间的差异有关，以比率表示;这是功率因数。
在理想情况下，这个比率应该是统一的（1）。然而，整流级中使用的“大容量”电容器的充电电流行为会扭曲正弦交流电源波形。
无源功率因数校正技术通常在带电输入中使用电感器来降低正弦波的峰值，从而减少潜在的谐波失真并提高功率因数。但是，这会降低效率。
如今，大多数AC-DC开关电源都采用有源功率因数校正技术。升压转换器电路通常用于控制波形的形状（提高功率因数）并限制谐波失真。
切换功能
它们由开关功率半导体、变压器和驱动器IC组成，共同为变压器产生高交流电压。变压器的匝数比允许电压的升压或降压，并提供隔离栅。
开关频率可在 25kHz 至 500kHz 或更高之间变化。PWM信号的频率和/或占空比可能因施加在输出端的负载而异。
在开关功能设计过程中，遵守 EMI 最佳实践对于最大限度地减少传导和辐射 EMI 以满足监管标准至关重要。
直流输出和线路电压调节
变压器的次级输出通过整流器传递到负载。平滑电容器和滤波元件也是此功能的一部分。输出电压还馈送一个比较器放大器，该放大器将输出与基准电压进行比较，以提供严格的电压调节。
光隔离器为向主PWM驱动电路提供反馈，提供电流安全屏障，相应地调整驱动器以纠正任何输出电压偏差。
目前市面上大多数开关电源都非常高效，从85%到95%是常态。电源内部损耗产生的大多数废热通过传导消散。然而，根据所使用的技术，特别是对于提供超过 150 瓦的高输出电源，可能需要强制风冷。
通过增加变速风扇和相关控制电路，可以满足这一要求。然而，功率高达1500 W的较新技术都具有很高的效率，表明可以将产生的热量转移到散热器或传导冷却的“冷板”区域，从而避免了对嘈杂和对老化敏感的风扇的需求。更高功率的型号使用液体冷却，将产生的热量转移到另一个区域。
选择 AC-DC 开关电源
在选择AC/DC开关电源时，除了所需的电气规格（如输入和输出电压、功率处理和运行效率）外，产品数据表上还有其他几个因素需要研究。
什么是线路调整率？大多数开关模式电源将其输出电压调节到标称输出的 +/- 3% 以内。这对您的最终产品来说足够了吗？此外，这是否在所有负载条件下都保持不变，例如从 10% 负载到 100% 负载？
它是否具有峰值输出或升压能力？例如，这个有用的功能允许在短时间内绘制 150% 的满载。电机启动可以从中受益，允许选择额定值更低、更便宜的电源，而不是必须使用更昂贵的电源来适应整个峰值负载。
不要忘记确保电源符合所有相关的国际和国家/地区特定能源效率、安全和电磁干扰法规。标准规定了满载和 10% 负载时的最低能效水平，以及空载条件下的最大能耗。在美国，相关标准是 DoE VI 级，在欧洲，相关标准是 EcoDesign 2019/1782。
通用安全法规包括针对 IT 和 AV 设备的 IEC 62368-1，如果您有医疗产品，还包括 IEC 60601-1。对于家用电器产品，有 IEC 60335-1 指令。
其他指令包括对 LED 照明、HVAC 和其他应用的特殊要求。EMI标准CISPR32和FCC20870规定了电磁干扰和敏感性的要求。
指定开关模式AC-DC电源并非易事，因为必须考虑所有安全法规。开关模式电源是一种节能且紧凑的方法，可为任何离线终端产品供电。它们涵盖 90 Vac 至 264 Vac 的通用交流输入电压范围，并具有来自信誉良好的供应商的各种流行的标称直流输出电压。如果您需要有关电源选择的建议，请与我们联系，讨论您的要求。
