开关电源的最优化设计方法
你是喜欢花较多时间坐在电脑前设计开关电源参数，然后仅仅花少量时间坐在实
验桌前调试开关电源？ 还是喜欢反之？ 相信更多人喜欢前者，我也是如此。 其实
90%的电源设计都可以在电脑前完成，而在实验桌前需要完成的只是仅占10%的电源设
计。 开关电源的设计和所有的电子产品一样，其工程设计可分为两大类：开关电源的
可行设计；开关电源的最优化设计。
1. 开关电源的可行设计。根据开关电路的基本原理，推导出开关电源的一些计算
公司，并根据以往设计经验所的经验数据，可以对开关电源进行初步设计，结合实
际，反复修正，最后可以得到满足给定性能指标要求的设计，这个设计是可行的（即
按照这个设计生产出的开关电源可以投入使用），称为可行设计。计算机辅助设计方
法（CAD）的引入，可以帮助设计师省力省时地得到可行设计结果。尤其是计算机
****，可以部分地替代硬件模型实验。现在****计算已成为开关电源现在设计不可缺少
的手段之一。但是开关电源可行设计毕竟是一种估算与试探结合的方法，所得结果不
可能是最优设计，所以还必须进行开关电源的工程优化设计。
2. 开关电源的最优化设计。也称工程优化设计，这是数学规划方法在工程设计中的
应用。数学规划是一种求解函数极值（即最大值或者最小值，也称最优值）的数学方
法，按所能求解问题的性质（如函数为线性或非线性，并且求函数极值时有线性或非
线性约束限制等）可分为线性规划或非线性规划等。对于大多数工程优化问题是非线
性问题，因此工程优化设计的基本方法是非线性规划，即将设计问题转化为求解一个
非线性函数的极值的问题，并且求解时还受到一些线性或非线性的约束限制。由于设
计时所要确定的最优参数不止一个，因此最优设计要求求解一个多变量非线性函数的
极值，并满足若干个等式或不等式非线性约束。由此可见，即使只需确定两个最优参
数，也无法用手算求解开关电源的最优设计问题。工程设计最优化问题只能依靠计算
机求解。因此开关电源的工程最优化方法既是一种数学方法，也是一种计算机辅助寻
优方法。应用这一方法设计开关电源或其子电路时，要求设计者不仅具有数学规划的
知识，也应掌握计算机程序的编制和计算机的应用，还应当熟悉开关电源的计算机仿
真方法和程序等。根据设计对象的不同，最优设计可能是重量最小、体积最小、或转
换效率最高、损耗最小，总之是某个性能指标或经济指标最好的设计。当然，它也一
定是可行的，所以最优设计一定是可行设计，但可行设计不一定是最优设计。 近几
年来，工程师已将最优设计方法先后成功的应用于单端或桥式PWM开关电源的主电
路，PWM开关电源控制电路的补偿网络，谐振开关电源的谐振网络设计等，都取得了
一定的经验，但还有待于进一步普及和推广。
3. 开关电源的主要性能指标。设计开关电源主电路应满足的技术性能指标主要有输
出/输入电压比（Vo/Vi），输出功率Po，变换效率，输出电压纹波，对输入电压Vi的电
磁干扰（EMI）幅度的限制等。在进行开关电源的优化设计时，一般用不等式约束来
表示各项性能指标。 在设计开关电源主电路时，应计算和选择的主要内容有选择主
电路拓扑，选择开关晶体管（功率MOSFET、GTO或IGBT）以及整流二极管的电流、
电压规格等，确定输入、输出滤波器形式以及参数，选择计算磁性元件（电感、变压
器、电流互感器等）的磁芯规格、尺寸和绕组匝数、导线规格等，以及电容的选择
等。 开关电源的控制电路补偿设计应满足电源的各项瞬态性能指标，因此它属于瞬
态设计。开关电源的瞬态性能指标有电源系统的稳定性、恢复时间、瞬态响应的上冲
和下冲，电源的抗干扰性等。由于主电路参数与开关电源瞬态响应性能有较大关系，
因此瞬态设计应在主电路设计完成以后进行。
