“我想DIY開關(guān)電源，要具備哪些理論知識、實踐技能和工程素質(zhì)?。俊?/p>本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/201612/326897.htm

　　“如何從給定的設(shè)計規(guī)格設(shè)計出開關(guān)電源？具體步驟是什么？”

　　“開關(guān)電源中的電感、變壓器怎么自己制作？控制芯片如何選型？”

　　“如何選擇磁芯外形、變頻器類型、工作頻率、計算各種參數(shù)呢？”

　　“如何進行優(yōu)化和折中？”

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　　電源是一切電子設(shè)備的心臟，沒有電源，電子設(shè)備就不可能工作。雖然市面上有很多介紹開關(guān)電源的書籍，但仍然缺少快速入門及經(jīng)驗總結(jié)類的資料，所以，盡管資料豐富，但還是有很多人不知道怎樣利用。當然這篇文檔只是入門介紹，深入研究還要看其他專著。

　　從電網(wǎng)得到的交流電或由電池取得的直流電是隨環(huán)境溫度、時間和負載所變化的，它們不能直接成為電子設(shè)備所需的內(nèi)部電源。電子設(shè)備由于要完成許多高級的功能，對其供電電源的精度隨環(huán)境的變化，動態(tài)響應(yīng)能力，還有很多其他的指標都有非常高的要求。將電網(wǎng)或電池的一次電能轉(zhuǎn)換為符合電子設(shè)備要求的二次電能，這樣的變換設(shè)備就是我們這里要講的電源。

　　隨著片狀電子元件、表面安裝技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，電子產(chǎn)品越來越小型化、輕型化，如何縮小電源的體積減輕重量，提高電源的轉(zhuǎn)換效率，增強對電網(wǎng)電壓的適應(yīng)性，是人們致力于研究的重點。

　　一個比較好的解決方案是：以輕巧的高頻變壓器取代笨重的工頻變壓器，采用脈沖調(diào)制技術(shù)的直流--直流變換器型穩(wěn)壓電源，即我們馬上就要講到的開關(guān)電源。

　　開關(guān)電源具有管耗小、效率高、穩(wěn)壓范圍寬及體積小、重量輕等優(yōu)點，目前已在各種電子儀器和設(shè)備、航空和宇宙飛行器、發(fā)射機、電子計算機、通訊設(shè)備和電視機、錄放像機等中得到了廣泛應(yīng)用。

　　開關(guān)電源按變換方式可分為以下四大類：

　　1、AC/DC 開關(guān)電源

　　2、DC/DC 開關(guān)電源

　　3、DC/AC 逆變器

　　4、AC/AC 變頻器

　　目前只將前面兩類稱為開關(guān)電源，將后面兩類分別稱為逆變器和變頻器。

　　開關(guān)電源按應(yīng)用方式可分為以下三大類：

　　1、外置電源

　　與設(shè)備分開放置的電源模塊或電源系統(tǒng)，如：

　　---通信用一次電源模塊和系統(tǒng)

　　---電力操作電源模塊和系統(tǒng)

　　---手機電池充電器

　　---筆記本電腦的Adapter

　　---各類手提設(shè)備、便攜設(shè)備的電池充電器等等

　　2、內(nèi)置電源

　　放在設(shè)備內(nèi)部的電源模塊或電源系統(tǒng)，如：

　　---計算機內(nèi)部的SilverBox和VRM

　　---家電（如：普通電視機、等離子電視機、液晶電視機）內(nèi)部的供電電源

　　---工業(yè)控制設(shè)備內(nèi)部的電源

　　---儀器中使用的電源

　　---通信設(shè)備內(nèi)部的電源模塊和系統(tǒng)

　　---復(fù)印機、傳真機、打印機等的內(nèi)部電源等等

　　3、板上電源

　　放在設(shè)備內(nèi)單板上的電源模塊，如：

　　---標準磚類電源（全磚、半磚、1/4磚、1/8磚）

　　---非隔離POL（Point of Load 負載點）變換器

　　---VRM（Voltage regulator module電壓調(diào)節(jié)模塊）和VRD（Voltage regulator down）

　　---小功率SMD電源

　　---SIP和DIP電源等等

　　開發(fā)一個開關(guān)電源產(chǎn)品所需要的基本技能：

　　1、認識組成開關(guān)電源的所有元器件

　　2、掌握各種元器件的電氣性能和電路符號

　　3、會自己制作各種磁芯元件

　　4、會正確裝配電源中的各個部分

　　5、了解電源各項指標的意義并掌握如何測試的方法

　　6、會使用儀器對裝配后的電源進行正確的調(diào)試，優(yōu)化和折中

　　7、會對獲得的實驗結(jié)果進行分析，并進行總結(jié)

　　8、會從不同渠道不斷地學(xué)習(xí)電源知識并能夠和別人交流

　　開發(fā)一個開關(guān)電源產(chǎn)品所需要的專業(yè)理論知識：

　　1、有源PFC的拓撲分析，控制與設(shè)計

　　2、DC/DC功率變換器的拓撲與穩(wěn)態(tài)分析

　　3、開關(guān)電源的功率級參數(shù)設(shè)計

　　4、開關(guān)電源的控制與動態(tài)分析

　　5、開關(guān)電源的小信號分析與設(shè)計

　　6、開關(guān)電源的大信號分析與設(shè)計

　　7、開關(guān)電源的EMI分析與設(shè)計

　　8、開關(guān)電源的熱分析與設(shè)計

　　9、開關(guān)電源的容差分析與設(shè)計

　　10、開關(guān)電源的各種保護技術(shù)

　　11、開關(guān)電源的同步整流技術(shù)

　　12、開關(guān)電源的模塊均流控制技術(shù)

　　有些技術(shù)很成熟了，只要查表或者使用現(xiàn)成電路或?qū)Ｓ眯酒涂梢宰龊?。EMI比較困難，因為元件特性會變化。

　　ATX電源

　　一個非常容易找到的開關(guān)電源就是PC機里用的ATX電源了。拆開電源可以看到里面的構(gòu)造：

　　1、220V 50HZ交流輸入

　　2、保險管

　　3、交流互感濾波（對高于50HZ高次諧波濾波，避免對后面電路的高頻干擾）

　　4、二極管橋式整流電路

　　5、濾波電容

　　6、開關(guān)管

　　7、開關(guān)變壓器

　　8、輔助電源（為電源監(jiān)控部件、保護電路、控制電路等電路供電。）

　　9、開關(guān)激勵脈沖形成電路（集成電路TL494和LM339比較器，開關(guān)振蕩穩(wěn)壓控制，控制開關(guān)管）

　　10、光耦/激勵變壓器（將激勵脈沖送到開關(guān)管的橋梁）

　　11、高頻濾波電感和電容（濾除高次諧波）

　　12、直流電壓輸出

　　ATX接口定義：（有防插反缺口）

　　ATX主板電源接口

　　+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

　　硬盤、光驅(qū)電源接口

　　+12VDC COM COM +5VDC

　　軟驅(qū)電源接口

　　+5VDC COM COM +12VDC

　　AUX電源接口

　　COM COM COM +3.3VDC +3.3VDC +5VDC

　　p4主板12V電源接口

　　COM COM

　　+12VDC +12VDC

　　ATX采用顏色區(qū)分，僅憑顏色就可以知道電壓值：

　　白色 -5V

　　紅色 +5V

　　黑色 地

　　黃色 +12V

　　藍色 -12V

　　橙色 +3.3V

　　灰色 POW_OK +5V 開機自檢啟動信號

　　紫色 +5VSB 待機電源

　　綠色 PS_ON# +5V 電源啟?？刂?/p>

　　幾個控制信號的說明：

　　POW_OK信號（在AT電源中及部分電源板上稱P.G信號）為微機開機自檢啟動信號，為了防止開機時各路輸出電路時序不定，CPU或各部件未進入初始化狀態(tài)造成工作錯誤及突然停電時，硬盤磁頭來不及移至著陸區(qū)造成盤片劃傷，微機電源中均設(shè)置了POW_OK信號。

　　PS_ON#信號：ATX電源最主要的特點就是，它不采用傳統(tǒng)的市電開關(guān)來控制電源是否工作，而是采用“＋5VSB、PS_ON#”的組合來實現(xiàn)電源的開啟和關(guān)閉，只要控制 “PS_ON#”信號電平的變化，就能控制電源的開啟和關(guān)閉。電源中的S-ON控制電路接受PS_ON#信號的控制，當“PS_ON#”小于1V伏時開啟電源，大于4.5伏時關(guān)閉電源。主機箱面上的觸發(fā)按鈕開關(guān)（非鎖定開關(guān)）控制主板的“電源監(jiān)控部件”的輸出狀態(tài)，同時也可用程序來控制“電源監(jiān)控件”的輸出，如在WIN9X平臺下，發(fā)出關(guān)機指令，使“PS_ON#”變?yōu)椋?V，ATX電源就自動關(guān)閉。

　　+5VSB：待機電源，上電后一直存在，該輸出連接到ATX主板的“電源監(jiān)控部件”，作為它的工作電壓，使操作系統(tǒng)可以直接對電源進行管理。通過此功能，實現(xiàn)遠程開機，完成電腦喚醒功能。

　　ATX電源需要短接PS_ON#和COM（即ATX主板電源接口的14腳和15腳短接）才能啟動（此時電源散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)動）。

　　開關(guān)電源變壓器設(shè)計

　　開關(guān)電源變壓器是開關(guān)電源中的核心部件，作用有三：磁能轉(zhuǎn)換、電壓變換和絕緣隔離。由于開關(guān)變壓器的工作頻率很高，因此它的體積和重量比工頻變壓器大為縮小，同時變壓器的分布參數(shù)亦不能忽略。設(shè)計時需要考慮磁芯材料選擇，磁芯與線圈的結(jié)構(gòu)，繞制工藝等。

　　開關(guān)電源變壓器工作于高頻狀態(tài)，分布參數(shù)有漏感、分布電容和電流趨膚效應(yīng)。一般根據(jù)開關(guān)電源電路設(shè)計的要求提出漏感和分布電容限定值，在變壓器的線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計中實現(xiàn)，而趨膚效應(yīng)則作為選擇導(dǎo)線規(guī)格的條件之一。

　　開關(guān)電源變壓器的工作狀態(tài)與開關(guān)型功率變換器的電路形式有關(guān)，一般根據(jù)功率大小，使用要求，采用不同形式的功率變換器。不同的電路形式，開關(guān)電源變壓器工作狀態(tài)也不同，對開關(guān)電源變壓器也提出了不同的設(shè)計要求。

　　變換器形式有：雙極性（推挽式、全橋式、半橋式），單端正激式，單端反激式等。

　　開關(guān)電源變壓器中使用的是軟磁材料。比如：鐵氧體材料。鐵氧體材料很容易加工成各種形狀，可根據(jù)開關(guān)變壓器的電路類型、使用要求、功率等級、經(jīng)濟指標等選用合適的磁芯形狀。磁芯型號主要有：EE、EI、EC、ETD、G、GK、H、HQ、UY、UF、PM、RM。每種型號又有很多尺寸規(guī)格可以選擇。

　　開關(guān)電源變壓器參數(shù)計算：漏感計算、分布電容計算、穿透深度（導(dǎo)線選擇）、交流電阻計算、電流有效值。

　　開關(guān)電源變壓器設(shè)計

　　設(shè)計內(nèi)容：

　　1、磁芯規(guī)格

　　2、匝數(shù)與導(dǎo)線規(guī)格

　　3、損耗與溫升

　　4、導(dǎo)線結(jié)構(gòu)：多股線或扁平線

　　5、繞組結(jié)構(gòu)：多層或分段饒制

　　6、端空設(shè)計：按絕緣電位設(shè)計端空

　　設(shè)計條件：

　　1、電路形式：給出變換器的形式，輸入輸出電路及所用元器件

　　2、工作頻率或周期

　　3、變換器輸入最高、最低電壓

　　4、輸出電壓和電流

　　5、開關(guān)管最大導(dǎo)通時間

　　6、開關(guān)管導(dǎo)通電壓降及整流二極管正向電壓降

　　7、隔離電位

　　8、要求的漏感或分布電容

　　9、溫升要求

　　10、磁芯形狀

　　11、工作環(huán)境條件

　　設(shè)計參數(shù)的確定：

　　1、磁感應(yīng)強度B和電流密度J

　　磁感應(yīng)強度B、變壓器銅耗Pm、電流密度J

　　2、變壓器和線圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)

　　銅線占空系數(shù)、平均匝長、變壓器表面積、磁芯結(jié)構(gòu)常數(shù)

　　鐵氧體材料的開關(guān)電源變壓器采用標準化設(shè)計，通過查表的方法簡化工作量。

　　表格包含了如下信息：

　　變換器類型

　　工作頻率

　　變壓器溫升

　　磁芯規(guī)格

　　技術(shù)指標

　　直流功率、增量磁感、剩余磁感、電流密度、電壓調(diào)整率、電感系數(shù)

　　損耗指標

　　磁芯損耗、線圈銅耗、散熱面積、單位損耗、效率

　　結(jié)構(gòu)參數(shù)

結(jié)構(gòu)常數(shù)、平均匝