“我想DIY开关电源，要具有哪些理论常识、实践技能和工程本质啊?”
“怎样从给定的规划标准规划出开关电源?具体进程是什么?”
“开关电源中的电感、变压器怎样自己制造?操控芯片怎样选型?”
“怎样挑选磁芯外形、变频器类型、作业频率、核算各种参数呢?”
“怎样进行优化和折中?”
……
电源是悉数电子设备的心脏，没有电源，电子设备就不或许作业。虽然市道上有许多介绍开关电源的书本，但仍然短少快速入门及经历总结类的资料，所以，虽然资料丰厚，但仍是有许多人不知道怎样运用。当然这篇文档仅仅入门介绍，深入研讨还要看其他专著。
从电网得到的沟通电或由电池取得的直流电是随环境温度、时刻和负载所改变的，它们不能直接成为电子设备所需的内部电源。电子设备因为要完结许多高档的功用，对其供电电源的精度随环境的改变，动态呼应才干，还有许多其他的目标都有十分高的要求。将电网或电池的一次电能转化为契合电子设备要求的二次电能，这样的改换设备便是咱们这儿要讲的电源。
跟着片状电子元件、表面装置技能及大规模集成电路的开展，电子产品越来越小型化、轻型化，怎样缩小电源的体积减轻分量，进步电源的转化功率，增强对电网电压的适应性，是人们致力于研讨的要点。
一个比较好的处理方案是：以轻盈的高频变压器替代粗笨的工频变压器，选用脉冲调制技能的直流–直流改换器型稳压电源，即咱们立刻就要讲到的开关电源。
开关电源具有管耗小、功率高、稳压规模宽及体积小、分量轻等长处，现在已在各种电子仪器和设备、航空和世界飞行器、发射机、电子核算机、通讯设备和电视机、录放像机等中得到了广泛运用。
开关电源按改换办法可分为以下四大类：
1、AC/DC 开关电源
2、DC/DC 开关电源
3、DC/AC 逆变器
4、AC/AC 变频器
现在只将前面两类称为开关电源，将后边两类别离称为逆变器和变频器。
开关电源按运用办法可分为以下三大类：
1、外置电源
与设备分隔放置的电源模块或电源体系，如：
—通讯誉一次电源模块和体系
—电力操作电源模块和体系
—手机电池充电器
—笔记本电脑的Adapter
—各类手提设备、便携设备的电池充电器等等
2、内置电源
放在设备内部的电源模块或电源体系，如：
—核算机内部的SilverBox和VRM
—家电(如：一般电视机、等离子电视机、液晶电视机)内部的供电电源
—工业操控设备内部的电源
—仪器中运用的电源
—通讯设备内部的电源模块和体系
—复印机、传真机、打印机等的内部电源等等
3、板上电源
放在设备内单板上的电源模块，如：
—标准砖类电源(全砖、半砖、1/4砖、1/8砖)
—非阻隔POL(Point of Load 负载点)改换器
—VRM(Voltage regulator module电压调理模块)和VRD(Voltage regulator down)
—小功率SMD电源
—SIP和DIP电源等等
开发一个开关电源产品所需求的基本技能：
1、知道组成开关电源的一切元器材
2、把握各种元器材的电气功用和电路符号
3、会自己制造各种磁芯元件
4、会正确装置电源中的各个部分
5、了解电源各项目标的含义并把握怎样测验的办法
6、会运用仪器对装置后的电源进行正确的调试，优化和折中
7、会对取得的试验成果进行剖析，并进行总结
8、会从不同途径不断地学习电源常识并可以和他人沟通
开发一个开关电源产品所需求的专业理论常识：
1、有源PFC的拓扑剖析，操控与规划
2、DC/DC功率改换器的拓扑与稳态剖析
3、开关电源的功率级参数规划
4、开关电源的操控与动态剖析
5、开关电源的小信号剖析与规划
6、开关电源的大信号剖析与规划
7、开关电源的EMI剖析与规划
8、开关电源的热剖析与规划
9、开关电源的容差剖析与规划
10、开关电源的各种维护技能
11、开关电源的同步整流技能
12、开关电源的模块均流操控技能
有些技能很成熟了，只需查表或许运用现成电路或专用芯片就可以做好。EMI比较困难，因为元件特性会改变。
ATX电源
一个十分简单找到的开关电源便是PC机里用的ATX电源了。拆开电源可以看到里边的结构：
1、220V 50HZ沟通输入
2、保险管
3、沟通互感滤波(对高于50HZ高次谐波滤波，防止对后边电路的高频搅扰)
4、二极管桥式整流电路
5、滤波电容
6、开关管
7、开关变压器
8、辅佐电源(为电源监控部件、维护电路、操控电路等电路供电。)
9、开关鼓励脉冲构成电路(集成电路TL494和LM339比较器，开关振动稳压操控，操控开关管)
10、光耦/鼓励变压器(将鼓励脉冲送到开关管的桥梁)
11、高频滤波电感和电容(滤除高次谐波)
12、直流电压输出
ATX接口界说：(有防插反缺口)
ATX主板电源接口
+3.3VDC +3.3VDC COM +5VDC COM +5VDC COM PWR_OK +5VSB +12VDC
+3.3VDC -12VDC COM PS_ON# COM COM COM -5VDC +5VDC +5VDC
硬盘、光驱电源接口
+12VDC COM COM +5VDC
软驱电源接口
+5VDC COM COM +12VDC
AUX电源接口
COM COM COM +3.3VDC +3.3VDC +5VDC
p4主板12V电源接口
COM COM
+12VDC +12VDC
ATX选用色彩区别，仅凭色彩就可以知道电压值：
白色 -5V
赤色 +5V
黑色 地
黄色 +12V
蓝色 -12V
橙色 +3.3V
灰色 POW_OK +5V 开机自检发动信号
紫色 +5VSB 待机电源
绿色 PS_ON# +5V 电源启停操控
几个操控信号的阐明：
POW_OK信号(在AT电源中及部分电源板上称P.G信号)为微机开机自检发动信号，为了防止开机时各路输出电路时序不定，CPU或各部件未进入初始化状况形成作业过错及忽然停电时，硬盘磁头来不及移至着陆区形成盘片划伤，微机电源中均设置了POW_OK信号。
PS_ON#信号：ATX电源最主要的特色便是，它不选用传统的市电开关来操控电源是否作业，而是选用“+5VSB、PS_ON#”的组合来完结电源的敞开和封闭，只需操控 “PS_ON#”信号电平的改变，就能操控电源的敞开和封闭。电源中的S-ON操控电路承受PS_ON#信号的操控，当“PS_ON#”小于1V伏时敞开电源，大于4.5伏时封闭电源。主机箱面上的触发按钮开关(非确认开关)操控主板的“电源监控部件”的输出状况，一起也可用程序来操控“电源监控件”的输出，如在WIN9X平台下，宣布关机指令，使“PS_ON#”变为+5V，ATX电源就主动封闭。
+5VSB：待机电源，上电后一向存在，该输出连接到ATX主板的“电源监控部件”，作为它的作业电压，使操作体系可以直接对电源进行办理。经过此功用，完结长途开机，完结电脑唤醒功用。
ATX电源需求短接PS_ON#和COM(即ATX主板电源接口的14脚和15脚短接)才干发动(此刻电源散热电扇滚动)。
开关电源变压器规划
开关电源变压器是开关电源中的核心部件，效果有三：磁能转化、电压改换和绝缘阻隔。因为开关变压器的作业频率很高，因而它的体积和分量比工频变压器大为缩小，一起变压器的散布参数亦不能疏忽。规划时需求考虑磁芯资料挑选，磁芯与线圈的结构，绕制工艺等。
开关电源变压器作业于高频状况，散布参数有漏感、散布电容和电流趋肤效应。一般依据开关电源电路规划的要求提出漏感和散布电容限定值，在变压器的线圈结构规划中完结，而趋肤效应则作为挑选导线标准的条件之一。
开关电源变压器的作业状况与开关型功率改换器的电路方式有关，一般依据功率巨细，运用要求，选用不同方式的功率改换器。不同的电路方式，开关电源变压器作业状况也不同，对开关电源变压器也提出了不同的规划要求。
改换器方式有：双极性(推挽式、全桥式、半桥式)，单规矩激式，单端反激式等。
开关电源变压器中运用的是软磁资料。比方：铁氧体资料。铁氧体资料很简单加工成各种形状，可依据开关变压器的电路类型、运用要求、功率等级、经济目标等选用适宜的磁芯形状。磁芯类型主要有：EE、EI、EC、ETD、G、GK、H、HQ、UY、UF、PM、RM。每种类型又有许多尺度标准可以挑选。
开关电源变压器参数核算：漏感核算、散布电容核算、穿透深度(导线挑选)、沟通电阻核算、电流有效值。
开关电源变压器规划
规划内容：
1、磁芯标准
2、匝数与导线标准
3、损耗与温升
4、导线结构：多股线或扁平线
5、绕组结构：多层或分段饶制
6、端空规划：按绝缘电位规划端空
规划条件：
1、电路方式：给出改换器的方式，输入输出电路及所用元器材
2、作业频率或周期
3、改换器输入最高、最低电压
4、输出电压和电流
5、开关管最大导通时刻
6、开关管导通电压降及整流二极管正向电压降
7、阻隔电位
8、要求的漏感或散布电容
9、温升要求
10、磁芯形状
11、作业环境条件
规划参数的确认：
1、磁感应强度B和电流密度J
磁感应强度B、变压器铜耗Pm、电流密度J
2、变压器和线圈的结构参数
铜线占空系数、均匀匝长、变压器表面积、磁芯结构常数
铁氧体资料的开关电源变压器选用标准化规划，经过查表的办法简化作业量。
表格包括了如下信息：
改换器类型
作业频率
变压器温升
磁芯标准
技能目标
直流功率、增量磁感、剩下磁感、电流密度、电压调整率、电感系数
损耗目标
磁芯损耗、线圈铜耗、散热面积、单位损耗、功率
结构参数
结构常数、均匀匝长、等效截面、磁路长度、气隙厚度、磁芯体积
线圈参数
初级每匝伏数、次级每匝伏数、绕线宽度、绕线厚度、占空系数
开关电源规划举例
规划一个标准的多输出电源：
稳态规划标准：
1、输入电压规模：85 ~ 264 VAC
2、输出#1：5V/50A
输出#2：3.3V/40A 满意：I1 + I2 《= 55A
输出#3：12V/12A
输出#4：-12V/4A
3、输出电压纹波：
4、模块满载功率：≥70%
5、输入功率因数：0.99TYP
6、电压调整率：≤+-1%
7、负载调整率：输出#1 ≤+-0.5%，其它输出 ≤+-3%
8、模块几许尺度：长 * 宽 * 高
9、模块环境温度：-20 ~ 50摄氏度
10、温度系数：≤0.02%
11、输出坚持时刻：16ms
规划有必要完结的功用：
1、全规模内的正常开关机
2、全规模内的输出稳压且满意各项电功用目标
3、完结标准书要求的主动维护
4、输出#1 ~ 输出#3的输出并联均流
5、输出#1和输出#2的远端补偿
6、完结标准书的安全要求
7、完结标准书的EMI要求
8、完结标准书的热插拔要求
9、完结标准书的MTBF要求
10、完结标准书的本钱要求
11、完结标准书的通断逻辑功用要求
开关电源规划优化
当咱们规划完结一个开关电源今后，仅仅大致完结了其功用和目标，还需求进行各种优化。
1、功率级参数的优化
在选定功率级拓扑后，可运用前面的常识和稳态作业点挑选对功率参数进行优化，使得：
—开关功率器材的损耗最小
—功率变压器和滤波器电感，滤波电容等的体积最小
—电源整机的功率密度最高
—功率级的Layout最合理等等
在这些优化中，最重要的是功率变压器的优化，其变比，其绕法都会直接影响其他功率元器材的挑选和整个功率级的功率及功率密度。合理地挑选功率开关器材和它们的驱动电路及吸收电路，对功率级的功用也很重要。
2、环路参数的优化
在选定功率级拓扑和操控战略后，可运用前面的常识在功率级参数优化的基础上，对环路参数进行优化，使得：
—尽量减小闭环电压音频阻隔度，然后减小PFC滤波电容
—尽量减小闭环输出阻抗，然后减小DC输出滤波电容
在环路优化中，最重要的是补偿器参数，调制器参数(如外部斜波补偿含量)和光耦电路参数的优化。其间，电源整机的PCB Layout对环路的影响十分大，只要在好的PCB Layout下面，经过环路各部分参数的优化，才干使电源环增益的带宽尽或许大，然后完结更好的动态功用和更高的功率密度。
3、辅佐电源参数的优化
在选用绕组供电的开关电源产品中，有必要对辅佐电源的质量进行优化，使得：
—辅佐电源对开关电源稳态功用的影响最小
—辅佐电源对开关电源动态功用的影响最小
—辅佐电源不会影响开关电源整机的可靠性
选用变压器绕组或电感绕组的辅佐电源，其输出电压的质量一般不太好，经过对辅佐电源的优化，要确保自供电后的电源整机功用改变最小，可靠性没有问题。
4、其他优化
—电源内各种维护电路的优化
—EMI滤波器电路的优化
—电源内部热环境的优化
—电源其他功用电路(如：均流、同步、热插拔、远端补偿等等)的优化
—PCB Layout的优化等等
开关电源规划折中
规划开关电源是个充溢对立的进程，鱼和熊掌不可得兼，需求平衡折中各种目标，这个火候的把握和拿捏需求许多经历。前面谈了优化，现在谈折中，有时反而需求削减优化程度，真是美妙啊!
1、稳态功用与动态功用的折中
许多功率级拓扑，其稳态功用与动态功用一般难以统筹，稳态功用好，动态功用就差，动态功用好，稳态功用就差。这种比如十分多，所以挑选拓扑时，必定要依据要求和运用场合来合理挑选。
即便同一个拓扑，其功率级参数规划时，也要考虑稳态功用和动态功用的折中。如：输出滤波器电感的规划，对功率而言，期望其越大越好，但对动态功用而言，则期望其小一点好，所以规划时需求折中。
2、功率密度与可靠性的折中
许多有更高功率密度的拓扑，其完结时会比较复杂，并且往往拓扑自身还有可靠性较低的危险，所以，挑选拓扑结构时也要依据可靠性和功用来进行具体折中。如一些完结软开关的拓扑，一般可完结更高的开关频率，具有更高的功率密度，但他们在完结的产品中，可靠性往往较低。
3、小信号功用与大信号功用的折中
在一个电源中，有许多功用需求满意，运用不同的操控战略，不同的补偿电路会得到不同的动态功用。有些操控战略或参数对输入端的扰动具有较强的按捺才干，有些则对负载端的扰动具有较强的按捺才干，有的参数对小信号动态稳定性很好，但在大信号下，其或许不稳定，有的参数能满意大信号的要求，但小信号下其会变差，因而，要对巨细信号的动态规划进行折中。
4、高低温下的规划折中
在一个电源中，因各种参数都是与其作业时的温度有关，所以有必要找出一组参数能在悉数环境温度规模内满意一切功用目标，这需求做许多折中。
5、电功用与热功用之间的折中
在一个电源中，电功用(如电应力和EMI功用)与热功用之间的要求是对立的。为了取得好的EMI和低的电应力，期望功率元器材的回路尽量小，但这会使得各元器材之间的热影响更凶猛，各元器材的损耗会更大。将各功率元器材之间的回路加大，可减小这种热影响，改善热规划，但因寄生参数的添加，会使器材的电应力添加，功率变低，EMI功用变坏，所以，电源中热与电两个规划是十分需求折中的。
6、要害部件的折中
在开关电源中，有一些要害部件，在规划时需求折中。如：功率变压器的规划，对稳态功率功用而言，在变比等现已最优化后，期望其漏感最小，但在完结漏感最小的一起，往往会添加绕组之间的散布电容，这一般会添加共模EMI搅扰和下降安全性。
别的，如驱动才干的折中。为了减小功率开关器材(MOSFET)的开关损耗，期望其开关进程尽量短，这可经过减小门级驱动电阻来完结，但在开关速度进步的一起，往往会添加电源的共模EMI，使得EMI特性变差。
7、其他折中
做好一个开关电源，还有许多其他折中要做，总归，因为开关电源是一个在必定鸿沟(由输入电压、负载电流和环境温度组成的长方体)之内，满意标准书要求的功率电子产品，既有功率处理和信息处理，又有热处理，所以，为了做好这样的产品，有必要要做许多许多的折中。这要求开发人员了解怎样在折中的基础上优化，在优化的基础上折中，使开发的电源产品到达最佳的性价比。
怎样做好开关电源规划
现在，国内大都电源公司在产品开发中存在怪圈现象：公司事务接了一个单子，时刻只要一个月，规划人员赶忙开端，草草规划一周后搞定PCB，然后装置调试，装完就通电，嘿，输出有了，一测验目标，一堆不合格，脑子乱乱的，改善再调，处理了一个问题又冒出一个，每天加班加点，时刻过得真快，一个月时限立刻到了，作业没完结，恳求延期，半年后牵强完结了，累得精疲力竭，不得喘息，立马又进入下一个项目循环。
公司因为开发办理不标准，没有任何技能堆集;职工因为开发作业不专业，在开发进程中无任何进步。
从工程师个人视点来说，养成拟定个人作业计划，按标准做规划、调试、总结的习气，是成为资深电源开发人员一切必要具有的工程本质。
按标准做规划的进程是：
1、仔细阅读产品的开发标准书
2、按标准制作产品的功用结构总框图
3、刻苦用结构总框图描绘产品的基本功用完结
4、刻苦用结构总框图描绘产品的正常开关机进程
5、刻苦用结构总框图描绘产品的毛病维护进程
6、规划功用结构总框图中的各个单元电路并编撰规划总结
7、制作出一整套规划图纸
按标准调试的习气：
开发人员要可以养成按标准开发操作进程开发产品的习气，那就不会呈现许多不必要的重复，就可防止呈现前面介绍的那种怪圈，就可以将产品开发作业做得又好又快，一起开发人员还能在很短的时刻内进步自己的专业水平，过不了多久，就可以从一个新手上升为资深电源工程师。具体的电源开发操作标准留到课上再说。
按标准做总结的习气：
在按标准进行开发时，每做一个试验后，都要做一份试验总结，产品开发完结后，还要将整个开发作业进行总结。作为开发人员，总结是确保自己技能水平敏捷进步的最重要的手法，所以，你想早点成为资深工程师，你就必定要仔仔细细地做好每一份总结。
