开关电源点亮未来做电源工程师的无限可能
导语：开关电源的核心功能是什么？它通过巧妙地转换单一电平的电压，创造出符合用户需求的电流或电压。这种转换是通过精细调节晶体管全开和全关模式实现的，这两种模式既节能又快速，可以显著减少能源消耗和产生的余热。
开关电源是一种创新技术，它采用高效率的功率半导体作为关键元件。通过周期性控制这些元件来调整占空比，我们可以精确地塑造输出电压。这项技术简单来说，就是将交流电先转换成稳定的直流，再利用高速脉冲宽度调制（PWM）信号操控这些元件，将直流变频为高频交流，然后再次整流，生成所需直流输出。
具体而言，过程如下：
① 交流首先经过整流滤波器，使其变得稳定无波动。
② 高速PWM信号激活高频开关管，使之迅速打开与关闭，从而将直流转化为高速交流，并输送给高频变压器进行变压。
③ 变压器次级感应出高速交流脉冲，经历另一次整流滤波，最终提供给负载使用。
④ 输出部分实时反馈至控制系统，以调整PWM占空比，确保稳定输出。
开关电源之所以备受推崇，是因为它拥有诸多优势：体积小、重量轻（仅线性设备的一分之一）、效率极高（60%~70%，远超30%~40%线性设备）、抗干扰能力强、输出范围广且模块化设计便于维护。
尽管这是一种新兴技术，但由于工作在持续切换状态下，它可能会产生较大的噪声。此外，由于储能和释放能量特性，其降低了对环境条件变化影响，对温度变化相对更有耐受力。以下是一个简图解释降压型开关電源工作原理：
图中显示，当K键接通时，供货充满L磁感器并存储其中，同时C容纳一些能量。当K键断开时，由于L磁感者的惯性作用，一段时间内保持当前流量从左向右传递回D二极管并返回到L端形成闭环循环。通过精确控制K键接通与断绝时间间隔，即可获得所需最终流量。在监测并保持输出流量不变以实现恒定输出这一点上，这使得系统能够实现稳定的过滤效果。
此外，如果我们检测到需要调整输出流量，则根据实际情况重新定义每个周期中的开放/关闭次数，以维持所需水平。在整个过程中，储存能源发生在期间，而释放则发生在后期；因此称L为储能磁感子，而D二极管负责补充来自该路径上的持续运行势差，从而保证其连续运行能力。如果任何异常情况出现，如输入或操作失误，我们可以设立保护机制来限制现有流量或者完全停止系统以防止进一步损害。保护措施通常包括欠壓警报、过壓保護以及過電與過熱保護等功能。
