開關電源的最優(yōu)化設計方法
你是喜歡花較多時間坐在電腦前設計開關電源參數(shù)，然后僅僅花少量時間坐在實驗桌前調(diào)試開關電源？
還是喜歡反之？
相信更多人喜歡前者，我也是如此。
其實90%的電源設計都可以在電腦前完成，而在實驗桌前需要完成的只是僅占10%的電源設計。
開關電源的設計和所有的電子產(chǎn)品一樣，其工程設計可分為兩大類：開關電源的可行設計；開關電源的最優(yōu)化設計。
1. 開關電源的可行設計。根據(jù)開關電路的基本原理，推導出開關電源的一些計算公司，并根據(jù)以往設計經(jīng)驗所的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，可以對開關電源進行初步設計，結(jié)合實際，反復修正，最后可以得到滿足給定性能指標要求的設計，這個設計是可行的（即按照這個設計生產(chǎn)出的開關電源可以投入使用），稱為可行設計。計算機輔助設計方法（CAD）的引入，可以幫助設計師省力省時地得到可行設計結(jié)果。尤其是計算機****，可以部分地替代硬件模型實驗�，F(xiàn)在****計算已成為開關電源現(xiàn)在設計不可缺少的手段之一。但是開關電源可行設計畢竟是一種估算與試探結(jié)合的方法，所得結(jié)果不可能是最優(yōu)設計，所以還必須進行開關電源的工程優(yōu)化設計。
2. 開關電源的最優(yōu)化設計。也稱工程優(yōu)化設計，這是數(shù)學規(guī)劃方法在工程設計中的應用。數(shù)學規(guī)劃是一種求解函數(shù)極值（即最大值或者最小值，也稱最優(yōu)值）的數(shù)學方法，按所能求解問題的性質(zhì)（如函數(shù)為線性或非線性，并且求函數(shù)極值時有線性或非線性約束限制等）可分為線性規(guī)劃或非線性規(guī)劃等。對于大多數(shù)工程優(yōu)化問題是非線性問題，因此工程優(yōu)化設計的基本方法是非線性規(guī)劃，即將設計問題轉(zhuǎn)化為求解一個非線性函數(shù)的極值的問題，并且求解時還受到一些線性或非線性的約束限制。由于設計時所要確定的最優(yōu)參數(shù)不止一個，因此最優(yōu)設計要求求解一個多變量非線性函數(shù)的極值，并滿足若干個等式或不等式非線性約束。由此可見，即使只需確定兩個最優(yōu)參數(shù)，也無法用手算求解開關電源的最優(yōu)設計問題。工程設計最優(yōu)化問題只能依靠計算機求解。因此開關電源的工程最優(yōu)化方法既是一種數(shù)學方法，也是一種計算機輔助尋優(yōu)方法。應用這一方法設計開關電源或其子電路時，要求設計者不僅具有數(shù)學規(guī)劃的知識，也應掌握計算機程序的編制和計算機的應用，還應當熟悉開關電源的計算機仿真方法和程序等。根據(jù)設計對象的不同，最優(yōu)設計可能是重量最小、體積最小、或轉(zhuǎn)換效率最高、損耗最小，總之是某個性能指標或經(jīng)濟指標最好的設計。當然，它也一定是可行的，所以最優(yōu)設計一定是可行設計，但可行設計不一定是最優(yōu)設計。
近幾年來，工程師已將最優(yōu)設計方法先后成功的應用于單端或橋式PWM開關電源的主電路，PWM開關電源控制電路的補償網(wǎng)絡，諧振開關電源的諧振網(wǎng)絡設計等，都取得了一定的經(jīng)驗，但還有待于進一步普及和推廣。
3. 開關電源的主要性能指標。設計開關電源主電路應滿足的技術(shù)性能指標主要有輸出/輸入電壓比（Vo/Vi），輸出功率Po，變換效率，輸出電壓紋波，對輸入電壓Vi的電磁干擾（EMI）幅度的限制等。在進行開關電源的優(yōu)化設計時，一般用不等式約束來表示各項性能指標。
在設計開關電源主電路時，應計算和選擇的主要內(nèi)容有選擇主電路拓撲，選擇開關晶體管（功率MOSFET、GTO或IGBT）以及整流二極管的電流、電壓規(guī)格等，確定輸入、輸出濾波器形式以及參數(shù)，選擇計算磁性元件（電感、變壓器、電流互感器等）的磁芯規(guī)格、尺寸和繞組匝數(shù)、導線規(guī)格等，以及電容的選擇等。
開關電源的控制電路補償設計應滿足電源的各項瞬態(tài)性能指標，因此它屬于瞬態(tài)設計。開關電源的瞬態(tài)性能指標有電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性、恢復時間、瞬態(tài)響應的上沖和下沖，電源的抗干擾性等。由于主電路參數(shù)與開關電源瞬態(tài)響應性能有較大關系，因此瞬態(tài)設計應在主電路設計完成以后進行。
還是喜歡反之？
相信更多人喜歡前者，我也是如此。
其實90%的電源設計都可以在電腦前完成，而在實驗桌前需要完成的只是僅占10%的電源設計。
開關電源的設計和所有的電子產(chǎn)品一樣，其工程設計可分為兩大類：開關電源的可行設計；開關電源的最優(yōu)化設計。
1. 開關電源的可行設計。根據(jù)開關電路的基本原理，推導出開關電源的一些計算公司，并根據(jù)以往設計經(jīng)驗所的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，可以對開關電源進行初步設計，結(jié)合實際，反復修正，最后可以得到滿足給定性能指標要求的設計，這個設計是可行的（即按照這個設計生產(chǎn)出的開關電源可以投入使用），稱為可行設計。計算機輔助設計方法（CAD）的引入，可以幫助設計師省力省時地得到可行設計結(jié)果。尤其是計算機****，可以部分地替代硬件模型實驗�，F(xiàn)在****計算已成為開關電源現(xiàn)在設計不可缺少的手段之一。但是開關電源可行設計畢竟是一種估算與試探結(jié)合的方法，所得結(jié)果不可能是最優(yōu)設計，所以還必須進行開關電源的工程優(yōu)化設計。
2. 開關電源的最優(yōu)化設計。也稱工程優(yōu)化設計，這是數(shù)學規(guī)劃方法在工程設計中的應用。數(shù)學規(guī)劃是一種求解函數(shù)極值（即最大值或者最小值，也稱最優(yōu)值）的數(shù)學方法，按所能求解問題的性質(zhì)（如函數(shù)為線性或非線性，并且求函數(shù)極值時有線性或非線性約束限制等）可分為線性規(guī)劃或非線性規(guī)劃等。對于大多數(shù)工程優(yōu)化問題是非線性問題，因此工程優(yōu)化設計的基本方法是非線性規(guī)劃，即將設計問題轉(zhuǎn)化為求解一個非線性函數(shù)的極值的問題，并且求解時還受到一些線性或非線性的約束限制。由于設計時所要確定的最優(yōu)參數(shù)不止一個，因此最優(yōu)設計要求求解一個多變量非線性函數(shù)的極值，并滿足若干個等式或不等式非線性約束。由此可見，即使只需確定兩個最優(yōu)參數(shù)，也無法用手算求解開關電源的最優(yōu)設計問題。工程設計最優(yōu)化問題只能依靠計算機求解。因此開關電源的工程最優(yōu)化方法既是一種數(shù)學方法，也是一種計算機輔助尋優(yōu)方法。應用這一方法設計開關電源或其子電路時，要求設計者不僅具有數(shù)學規(guī)劃的知識，也應掌握計算機程序的編制和計算機的應用，還應當熟悉開關電源的計算機仿真方法和程序等。根據(jù)設計對象的不同，最優(yōu)設計可能是重量最小、體積最小、或轉(zhuǎn)換效率最高、損耗最小，總之是某個性能指標或經(jīng)濟指標最好的設計。當然，它也一定是可行的，所以最優(yōu)設計一定是可行設計，但可行設計不一定是最優(yōu)設計。
近幾年來，工程師已將最優(yōu)設計方法先后成功的應用于單端或橋式PWM開關電源的主電路，PWM開關電源控制電路的補償網(wǎng)絡，諧振開關電源的諧振網(wǎng)絡設計等，都取得了一定的經(jīng)驗，但還有待于進一步普及和推廣。
3. 開關電源的主要性能指標。設計開關電源主電路應滿足的技術(shù)性能指標主要有輸出/輸入電壓比（Vo/Vi），輸出功率Po，變換效率，輸出電壓紋波，對輸入電壓Vi的電磁干擾（EMI）幅度的限制等。在進行開關電源的優(yōu)化設計時，一般用不等式約束來表示各項性能指標。
在設計開關電源主電路時，應計算和選擇的主要內(nèi)容有選擇主電路拓撲，選擇開關晶體管（功率MOSFET、GTO或IGBT）以及整流二極管的電流、電壓規(guī)格等，確定輸入、輸出濾波器形式以及參數(shù)，選擇計算磁性元件（電感、變壓器、電流互感器等）的磁芯規(guī)格、尺寸和繞組匝數(shù)、導線規(guī)格等，以及電容的選擇等。
開關電源的控制電路補償設計應滿足電源的各項瞬態(tài)性能指標，因此它屬于瞬態(tài)設計。開關電源的瞬態(tài)性能指標有電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性、恢復時間、瞬態(tài)響應的上沖和下沖，電源的抗干擾性等。由于主電路參數(shù)與開關電源瞬態(tài)響應性能有較大關系，因此瞬態(tài)設計應在主電路設計完成以后進行。
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