中国邮政集团公司上海研究院的研究人员余飞，在2018年第3期《电气技术》上撰文，设计了一种用于智能电器的小功率开关电源，阐述了该开关电源的方案选择和工作原理，电设计、变压器设计以及对EMC的设计考虑。经试验，该电源达到了设计要求，成本低、体积小、电磁兼容性较好，具有较高的应用价值。

　　随着经济社会的快速发展，电力供应的环保、高效、安全和可靠越来越成为工业界和学术界关注的热点，智能电网成为能源工业发展的新趋势。智能电器是智能电网非常重要的组成部分，对支撑智能电网的发展需要，提高电力设备自身的性能起到了重要的作用。新世纪以来，各种智能电器层出不穷，而作为智能电器的核心部件，智能控制器的功能也在不断增强[1]。

　　在智能电器控制器的研制中，电源是其中的重要组成部分，其性能的好坏直接关系到整个控制器工作的稳定性。而智能电器又具有量大面广、功能多、产品体积小、一般应用在电气较为恶劣的场合等特点，这样就对开关电源稳定性、成本、可靠性等提出了更高的要求[2]。

　　智能控制器电源一般取至主回或外部控制电源。本文所需电源主要设计要求为85～265V AC/DC宽电压输入，一5V/100mA输出供维持控制器的正常工作，一24V/50mA供外部IO模块或通信电使用。总体输出功率约为1.7W。

　　在低成本AC/DC多输出结构中，一种较常见的结构是在高电压输出端采用低压差线性稳压器（Low Dropout Regulator，LDO）来获到低电压。但是在本方案中，由于24V和5V之间压差较大，若采取从24V一通过线V一输出，将会使得电源整体效率较低，LDO器件发热量较大，影响控制器整体工作的稳定性。

　　另一种比较常见的结构是基于Flayback结构的反激式开关电源，该结构转换效率高，能实现多输出，但缺点是电磁兼容性较差、元件较多，成本也比较高，并不适合结构紧凑、应用恶劣的智能电器控制器，也不利于降低成本[3][4]。

　　考虑到控制器的体积和成本，选用非隔离降压型（BUCK）拓扑结构来实现该开关电源是一种比较可行的方式。BUCK型开关电源是一种经典的开关电源结构，尤其在DC/DC电中应用广泛，在AC/DC中也比较常见，但在多输出AC/DC中应用不多。

　　本文采用的多输出的BUCK结构就是采用耦合电感（CouplingInductance）的方式获得双输出，作为BUCK结构的一个变种，其原理如图1所示。当MOS开关S闭合时，Vin给电感L、电容C1充电；当S闭合时，电感L放电，向C2充电，为副边提供能量。这样就较好的解决了BUCK结构多输出的问题。此外，Vout2和Vout1及市电隔离，有利于提高Vout2回的抗干扰能力[5]。

　　如上文所述，电源要求电压范围较宽，待机功耗较小，以节约电能，同时尽可能的减小电源体积，降低成本。在这一要求下，设计方案采用意法半导体（ST Semiconductor）公司的VIPer12A。芯片原理框图如图2所示。

　　3）在轻负载下电进入自动突发模式(Automatic burst mode)。此时，MOS管开通时间会变得很短，以致要丢失几个开关周期才出现脉冲；

　　4）VDD脚电压范围很宽，为9-38V。芯片有过温、过流、过压功能，并能自动再启动；而在过压时，则工作在打嗝模式(Hiccup mode)。

　　开关电源电原理图如图3所示。电源电压通过C1整流后，流经VIPer12A的源级（D）、漏极（S）。芯片通过对内置MOSFET的开关操作，使得高频变压器T1原边和副边持续不断进行充放电操作。

　　24V通过原边输出，5V由副边输出。电通过D3、D4、C3组成的回来为芯片提供反馈，从而保持输出电流、电压的稳定性。R1为24V端的负载电阻，可以在24V输出端开时提供稳定的环，有利于5V的稳定输出。

　　在小功率情况下，一般我们希望开关电源工作在非连续导通模式（DCM，Discontinuous Conduction Mode）模式，相比连续导通模式（CCM，Continuous Conduction Mode）模式，DCM模式工作更稳定，闭环响应会更好，电感量也较小，从而减小了变压器的体积[6]。

　　高频变压器的设计是整个开关电源设计的关键。先假设电工作在临界导通模式（BCM，BoundryConduction Mode）模式，计算在该模式低压满载情况下的电感量。

　　经实际测量，如图3所示，在C1取4.7uF，输入交流电压不变的情况下，C1上的脉动直流电压的变化为20～30V，且随着输入的交流电压值的升高，变化范围越小。

　　表1为在额定负载下输入电压在85~265V/AC变化时输出电压的变化情况，24V输出的线V输出的线 额定负载下输入电压变化时输出电压

　　考虑到电输出功率较小，我们采用安规电容X2和差模电感组成的一阶EMI滤波电。L、N进线端加压敏电阻以防止雷击浪涌。相对与相同功率输出的FlyBack结构的开关电源，该电源EMC电简单，器件的数量较少，取值也较小。

　　在PCB布局上，如图5所示，通过减少电源电的高频交流回和输出回的的面积来减少电磁干扰。功率部分与控制信号部分要用不同的接地层，并通过单点连接，以最大程度的减少功率回对信号控制部分的干扰。同时，在芯片的漏极铺铜，以降低芯片的工作温度。

　　开关电源顺利通过了雷击浪涌实验，通过了射频传导发射试验且相对标准值有较大裕量，如图6所示。此外还结合控制器通过了静电放电、电快速瞬变脉冲群和辐射发射等试验，符合GB14048.1-2012标准，证明该电源有较好的电磁兼容性。

　　经测试，5V、24V两输出电压在85～265VAC的输入电压范围内均能稳定正常输出，误差在±5%之内，通过了长时间的老化试验，符合设计要求。

　　该电源元件数量少且无特殊元器件，物料成本仅为10元左右，适合对体积有较高要求的紧凑型控制器，性价比较高。该电源不仅适用于智能电器，也适用于其他有相同需求的控制器产品。