隨著全球對能源問題的重視，電子產品的耗能問題將愈來愈突出，如何降低其待機功耗，提高供電效率成為乙個急待解決的問題。傳統的線性穩壓電源雖然電路結構簡單、工作可靠，但它存在著效率低（只有40%－50%）、體積大、銅鐵消耗量大，工作溫度高及調整範圍小等缺點。為了提高效率，人們研製出了開關式穩壓電源，它的效率可達85%以上，穩壓範圍寬，除此之外，還具有穩壓精度高、不使用電源變壓器等特點，是一種較理想的穩壓電源。
正因為如此，開關式穩壓電源已廣泛應用於各種電子裝置中，本文對各類開關電源的工作原理作一闡述。
開關式穩壓電源接控制方式分為調寬式和調頻式兩種，在實際的應用中，調寬式使用得較多，在目前開發和使用的開關電源積體電路中，絕大多數也為脈寬調變型。因此下面就主要介紹調寬式開關穩壓電源。
調寬式開關穩壓電源的基本原理可參見下圖。
對於單極性矩形脈衝來說，其直流平均電壓uo取決於矩形脈衝的寬度，脈衝越寬，其直流平均電壓值就越高。直流平均電壓ｕ。可由公式計算，即uo=um×t1/t
式中um —矩形脈衝最大電壓值；
t —矩形脈衝週期；
t1 —矩形脈衝寬度。
從上式可以看出，當um與t不變時，直流平均電壓uo將與脈衝寬度t1成正比。這樣，只要我們設法使脈衝寬度隨穩壓電源輸出電壓的增高而變窄，就可以達到穩定電壓的目的。
二、開關式穩壓電源的原理電路
1、基本電路
圖二開關電原基本電路框圖
開關式穩壓電源的基本電路框圖如圖二所示。
交流電壓經整流電路及濾波電路整流濾波後，變成含有一定脈動成份的直流電壓，該電壓進人高頻變換器被轉換成所需電壓值的方波，最後再將這個方波電壓經整流濾波變為所需要的直流電壓。
控制電路為一脈衝寬度調製器，它主要由取樣器、比較器、振盪器、脈寬調變及基準電壓等電路構成。這部分電路目前已整合化，製成了各種開關電源用積體電路。控制電路用來調整高頻開關元件的開關時間比例，以達到穩定輸出電壓的目的。
２．單端反激式開關電源
單端反激式開關電源的典型電路如圖三所示。
電路中所謂的單端是指高頻變換器的磁芯僅工作在磁滯迴線的一側。所謂的反激，是指當開關管vt1導通時，高頻變壓器ｔ初級繞組的感應電壓為上正下負，整流二極體vd1處於截止狀態，在初級繞組中儲存能量。當開關管vt1截止時，變壓器ｔ初級繞組中儲存的能量，通過次級繞組及vd1整流和電容ｃ濾波後向負載輸出。
單端反激式開關電源是一種成本最低的電源電路，輸出功率為20－100ｗ，可以同時輸出不同的電壓，且有較好的電壓調整率。唯一的缺點是輸出的紋波電壓較大，外特性差，適用於相對固定的負載。
單端反激式開關電源使用的開關管vt1承受的最大反向電壓是電路工作電壓值的兩倍，工作頻率在20－200khz之間。
３．單端正激式開關電源
單端正激式開關電源的典型電路如圖四所示。
這種電路在形式上與單端反激式電路相似，但工作情形不同。當開關管vt1導通時，vd2也導通，這時電網向負載傳送能量，濾波電感ｌ儲存能量；當開關管vt1截止時，電感ｌ通過續流二極體vd3繼續向負載釋放能量。
在電路中還設有鉗位線圈與二極體vd2，它可以將開關管vt1的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間。為滿足磁芯復位條件，即磁通建立和復位時間應相等，所以電路中脈衝的占空比不能大於５０％。
由於這種電路在開關管vt1導通時，通過變壓器向負載傳送能量，所以輸出功率範圍大，可輸出50－200ｗ的功率。電路使用的變壓器結構複雜，體積也較大，正因為這個原因，這種電路的實際應用較少。
４．自激式開關穩壓電源
自激式開關穩壓電源的典型電路如圖五所示。
這是一種利用間歇振盪電路組成的開關電源，也是目前廣泛使用的基本電源之一。
當接入電源後在r1給開關管vt1提供啟動電流，使vt1開始導通，其集電極電流ic在l1中線性增長，在l2中感應出使vt1基極為正，發射極為負的正反饋電壓，使vt1很快飽和。與此同時，感應電壓給c1充電，隨著c1充電電壓的增高，vt1基極電位逐漸變低，致使vt1退出飽和區，ic開始減小，在l2中感應出使vt1基極為負、發射極為正的電壓，使vt1迅速截止，這時二極體vd1導通，高頻變壓器ｔ初級繞組中的儲能釋放給負載。在vt1截止時，l2中沒有感應電壓，直流供電輸人電壓又經r1給c1反向充電，逐漸提高vt1基極電位，使其重新導通，再次翻轉達到飽和狀態，電路就這樣重複振盪下去。
這裡就像單端反激式開關電源那樣，由變壓器ｔ的次級繞組向負載輸出所需要的電壓。
自激式開關電源中的開關管起著開關及振盪的雙重作從，也省去了控制電路。電路中由於負載位於變壓器的次級且工作在反激狀態，具有輸人和輸出相互隔離的優點。這種電路不僅適用於大功率電源，亦適用於小功率電源＊
５．推挽式開關電源
推挽式開關電源的典型電路如圖六所示。
它屬於雙端式變換電路，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯迴線的兩側。電路使用兩個開關管vt1和vt2，兩個開關管在外激勵方波訊號的控制下交替的導通與截止，在變壓器ｔ次級統組得到方波電壓，經整流濾波變為所需要的直流電壓。
這種電路的優點是兩個開關管容易驅動，主要缺點是開關管的耐壓要達到兩倍電路峰值電壓。電路的輸出功率較大，一般在100－500ｗ範圍內。
６．降壓式開關電源
降壓式開關電源的典型電路如圖七所示。
當開關管vt1導通時，二極體vd1截止，輸人的整流電壓經vt1和l向ｃ充電，這一電流使電感ｌ中的儲能增加。當開關管vt1截止時，電感ｌ感應出左負右正的電壓，經負載rl和續流二極體vd1釋放電感ｌ中儲存的能量，維持輸出直流電壓不變。電路輸出直流電壓的高低由加在vt1基極上的脈衝寬度確定。
這種電路使用元件少，它同下面介紹的另外兩種電路一樣，只需要利用電感、電容和二極體即可實現。
７．公升壓式開關電源
公升壓式開關電源的穩壓電路如圖八所示。
當開關管vt1導通時，電感ｌ儲存能量。當開關管vt1截止時，電感ｌ感應出左負右正的電壓，該電壓疊加在輸人電壓上，經二極體vd1向負載供電，使輸出電壓大於輸人電壓，形成公升壓式開關電源。
８．反轉式開關電源
反轉式開關電源的典型電路如圖九所示。
這種電路又稱為公升降壓式開關電源。無論開關管vt1之前的脈動直流電壓高於或低於輸出端的穩定電壓，電路均能正常工作。
當開關管 vt1導通時，電感l儲存能量，二極體vd1截止，負載rl靠電容c上次的充電電荷供電。當開關管vt1截止時，電感ｌ中的電流繼續流通，並感應出上負下正的電壓，經二極體vd1向負載供電，同時給電容ｃ充電。
數模轉換的原理
數模轉換就是將離散的數字量轉換為連線變化的模擬量，實現該功能的電路或器件稱為數模轉換電路，通常稱為d/a轉換器或dac(digital analog converter)。我們知道數分可為有權數和無權數，所謂有權數就是其每一位的數碼有乙個係數，如十進位制數的45中的4表示為4×10,而5為5×1，即4的係數為10，而5的係數為1, 數模轉換從某種意義上講就是把二進位制的數轉換為十進位制的數。 最原始的dac電路由以下幾部分構成：
參考電壓源、求和運算放大器、權產生電路網路、暫存器和時鐘基準產生電路，暫存器的作用是將輸入的數碼訊號寄存在其輸出端，當其進行轉換時輸入的電壓變化不會引其輸出的不穩定。時鐘基準產生電路主要對應參考電壓源，它保證輸入數碼訊號的相位特性在轉換過程中不會混亂，時鐘基準的抖晃（jitter)會製造高頻噪音。二進位制資料其權係數的產生，依靠的是電阻，cd格式是16bit,即16位。
所以採用16只電阻，對應16位中的每一位。參考電壓源依次經過每個電阻的電流和輸入資料每位的電流進行加權求和即可得出模擬訊號。這就是多位元dac。
多位元與1位元的區別之處就是，多位元是通過內部精密的電阻網路進行電位比較，並最終轉換為模擬訊號
1. 數模轉換器是將數碼訊號轉換為模擬訊號的系統，一般用低通濾波即可以實現。數碼訊號先進行解碼，即把數字碼轉換成與之對應的電平，形成階梯狀訊號，然後進行低通濾波。
根據訊號與系統的理論，數字階梯狀訊號可以看作理想衝激取樣訊號和矩形脈衝訊號的卷積，那麼由卷積定理，數碼訊號的頻譜就是衝激取樣訊號的頻譜與矩形脈衝頻譜（即sa函式）的乘積。這樣，用sa函式的倒數作為頻譜特性補償，由數碼訊號便可恢復為取樣訊號。由取樣定理，取樣訊號的頻譜經理想低通濾波便得到原來模擬訊號的頻譜。
一般實現時，不是直接依據這些原理，因為尖銳的取樣訊號很難獲得，因此，這兩次濾波（sa函式和理想低通）可以合併（級聯），並且由於這各系統的濾波特性是物理不可實現的，所以在真實的系統中只能近似完成。
2. 模數轉換器是將模擬訊號轉換成數碼訊號的系統，是乙個濾波、取樣保持和編碼的過程。
模擬訊號經帶限濾波，取樣保持電路，變為階梯形狀訊號，然後通過編碼器，
使得階梯狀訊號中的各個電平變為二進位製碼。
3. 比較器是將兩個相差不是很小的電壓進行比較的系統。最簡單的比較器就是運算放大器。
我們知道，運算放大器在連有深度負反饋的條件下，會**性區工作，有著增益很大的放大特性，在計算時往往認為它放大的倍數是無窮大。而在沒有反饋的條件下，運算放大器**性區的輸入動態範圍很小，即兩個輸入電壓有一定差距就會使運算放大器達到飽和。如果同相端電壓較大，則輸出最大電壓，一般是+12v；如果反相端電壓較大，則輸出最小電壓，一般是-12v。
這樣，就實現了電壓比較功能。
真正的電壓比較器還會增加一些外圍輔助電路，加強效能。
,又叫 watchdog timer,是乙個定時器電路, 一般有乙個輸入,叫餵狗,乙個輸出到mcu的rst端,mcu正常工作的時候,每隔一端時間輸出乙個訊號到餵狗端,給 wdt 清零,如果超過規定的時間不餵狗,(一般在程式跑飛時),wdt 定時超過,就回給出乙個復位訊號到mcu,是mcu復位. 防止mcu宕機. 看門狗的作用就是防止程式發生死迴圈，或者說程式跑飛。
工作原理：在系統執行以後也就啟動了看門狗的計數器，看門狗就開始自動計數，如果到了一定的時間還不去清看門狗，那麼看門狗計數器就會溢位從而引起看門狗中斷，造成系統復位。所以在使用有看門狗的晶元時要注意清看門狗。
硬體看門狗是利用了乙個定時器，來監控主程式的執行，也就是說在主程式的執行過程中，我們要在定時時間到之前對定時器進行復位如果出現死迴圈，或者說pc指標不能回來。那麼定時時間到後就會使微控制器復位。常用的wdt晶元如max813 ,5045, imp 813等,**4~10元不等.
軟體看門狗技術的原理和這差不多，只不過是用軟體的方法實現，我們還是以51系列來講，我們知道在51微控制器中有兩個定時器，我們就可以用這兩個定時器來對主程式的執行進行監控。我們可以對t0設定一定的定時時間，當產生定時中斷的時候對乙個變數進行賦值，而這個變數在主程式執行的開始已經有了乙個初值，在這裡我們要設定的定時值要小於主程式的執行時間，這樣在主程式的尾部對變數的值進行判斷，如果值發生了預期的變化，就說明t0中斷正常，如果沒有發生變化則使程式復位。對於t1我們用來監控主程式的執行，我們給t1設定一定的定時時間，在主程式中對其進行復位，如果不能在一定的時間裡對其進行復位，t1 的定時中斷就會使微控制器復位。
在這裡t1的定時時間要設的大於主程式的執行時間，給主程式留有一定的的裕量。而t1的中斷正常與否我們再由t0定時中斷子程式來監視。這樣就夠成了乙個迴圈，t0監視t1，t1監視主程式，主程式又來監視t0，從而保證系統的穩定執行。
51 系列有專門的看門狗定時器,對系統頻率進行分頻計數,定時器溢位時,將引起復位.看門狗可設定溢位率,也可單獨用來作為定時器使用.
凌陽61的看門狗比較單一，乙個是時間單一，第二是功能在實際的使用中只需在迴圈當中加入清狗的指令就ok了。
c8051f***微控制器內部也有乙個21位的使用系統時鐘的定時器，該定時器檢測對其控制暫存器的兩次特定寫操作的時間間隔。如果這個時間間隔超過了程式設計的極限值，將產生乙個wdt復位。
開關式穩壓電源的工作原理
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開關穩壓電源設計報告
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