“我想DIY开关电源，要具备哪些理论知识、实践技能和工程素质啊？”

“如何从给定的设计规格设计出开关电源？具体步骤是什么？”

“开关电源中的电感、变压器怎么自己制作？控制芯片如何选型？”

“如何选择磁芯外形、变频器类型、工作频率、计算各种参数呢？”

“如何进行优化和折中？”

……

电源是一切电子设备的心脏，没有电源，电子设备就不可能工作。虽然市面上有很多介绍开关电源的书籍，但仍然缺少快速入门及经验总结类的资料，所以，尽管资料丰富，但还是有很多人不知道怎样利用。当然这篇文档只是入门介绍，深入研究还要看其他专着。

从电网得到的交流电或由电池取得的直流电是随环境温度、时间和负载所变化的，它们不能直接成为电子设备所需的内部电源。电子设备由于要完成许多高级的功能，对其供电电源的精度随环境的变化，动态响应能力，还有很多其他的指标都有非常高的要求。将电网或电池的一次电能转换为符合电子设备要求的二次电能，这样的变换设备就是我们这里要讲的电源。

随着片状电子元件、表面安装技术及大规模集成电路的发展，电子产品越来越小型化、轻型化，如何缩小电源的体积减轻重量，提高电源的转换效率，增强对电网电压的适应性，是人们致力于研究的重点。

一个比较好的解决方案是：以轻巧的高频变压器取代笨重的工频变压器，采用脉冲调制技术的直流--直流变换器型稳压电源，即我们马上就要讲到的开关电源。

开关电源具有管耗小、效率高、稳压范围宽及体积小、重量轻等优点，目前已在各种电子仪器和设备、航空和宇宙飞行器、发射机、电子计算机、通讯设备和电视机、录放像机等中得到了广泛应用。

开关电源按变换方式可分为以下四大类：

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

目前只将前面两类称为开关电源，将后面两类分别称为逆变器和变频器。

开关电源按应用方式可分为以下三大类：

1、外置电源

与设备分开放置的电源模块或电源系统，如：

---通信用一次电源模块和系统

---电力操作电源模块和系统

---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系统，如：

---计算机内部的SilverBox和VRM

---家电（如：普通电视机、等离子电视机、液晶电视机）内部的供电电源

---工业控制设备内部的电源

---仪器中使用的电源

---通信设备内部的电源模块和系统

---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）

---非隔离POL（Point of Load 负载点）变换器

---VRM（Voltage regulator module电压调节模块）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要的基本技能：

1、认识组成开关电源的所有元器件

2、掌握各种元器件的电气性能和电路符号

3、会自己制作各种磁芯元件

4、会正确装配电源中的各个部分

5、了解电源各项指标的意义并掌握如何测试的方法

6、会使用仪器对装配后的电源进行正确的调试，优化和折中

7、会对获得的实验结果进行分析，并进行总结

8、会从不同渠道不断地学习电源知识并能够和别人交流

开发一个开关电源产品所需要的专业理论知识：

1、有源PFC的拓扑分析，控制与设计

2、DC/DC功率变换器的拓扑与稳态分析

3、开关电源的功率级参数设计

4、开关电源的控制与动态分析

5、开关电源的小信号分析与设计

6、开关电源的大信号分析与设计

7、开关电源的EMI分析与设计

8、开关电源的热分析与设计

9、开关电源的容差分析与设计

10、开关电源的各种保护技术

11、开关电源的同步整流技术

12、开关电源的模块均流控制技术

有些技术很成熟了，只要查表或者使用现成电路或专用芯片就可以做好。EMI比较困难，因为元件特性会变化。

ATX电源：一个非常容易找到的开关电源就是PC机里用的ATX电源了。拆开电源可以看到里面的构造：

1、220V 50HZ交流输入

2、保险管

3、交流互感滤波（对高于50HZ高次谐波滤波，避免对后面电路的高频干扰）

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、辅助电源（为电源监控部件、保护电路、控制电路等电路供电。）

9、开关激励脉冲形成电路（集成电路TL494和LM339比较器，开关振荡稳压控制，控制开关管）

10、光耦/激励变压器（将激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接口定义：（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采用颜色区分，仅凭颜色就可以知道电压值：

白色 -5V；红色 +5V；黑色 地；黄色 +12V；蓝色 -12V；橙色 +3.3V；灰色 POW_OK +5V 开机自检启动信号；紫色 +5VSB 待机电源；绿色 PS_ON# +5V 电源启停控制。

几个控制信号的说明：

POW_OK信号（在AT电源中及部分电源板上称P.G信号）为微机开机自检启动信号，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态造成工作错误及突然停电时，硬盘磁头来不及移至着陆区造成盘片划伤，微机电源中均设置了POW_OK信号。

PS_ON#信号：ATX电源最主要的特点就是，它不采用传统的市电开关来控制电源是否工作，而是采用“＋5VSB、PS_ON#”的组合来实现电源的开启和关闭，只要控制 “PS_ON#”信号电平的变化，就能控制电源的开启和关闭。电源中的S-ON控制电路接受PS_ON#信号的控制，当“PS_ON#”小于1V伏时开启电源，大于4.5伏时关闭电源。主机箱面上的触发按钮开关（非锁定开关）控制主板的“电源监控部件”的输出状态，同时也可用程序来控制“电源监控件”的输出，如在WIN9X平台下，发出关机指令，使“PS_ON#”变为＋5V，ATX电源就自动关闭。

+5VSB：待机电源，上电后一直存在，该输出连接到ATX主板的“电源监控部件”，作为它的工作电压，使操作系统可以直接对电源进行管理。通过此功能，实现远程开机，完成电脑唤醒功能。

ATX电源需要短接PS_ON#和COM（即ATX主板电源接口的14脚和15脚短接）才能启动（此时电源散热风扇转动）。

开关电源变压器设计

开关电源变压器是开关电源中的核心部件，作用有三：磁能转换、电压变换和绝缘隔离。由于开关变压器的工作频率很高，因此它的体积和重量比工频变压器大为缩小，同时变压器的分布参数亦不能忽略。设计时需要考虑磁芯材料选择，磁芯与线圈的结构，绕制工艺等。

开关电源变压器工作于高频状态，分布参数有漏感、分布电容和电流趋肤效应。一般根据开关电源电路设计的要求提出漏感和分布电容限定值，在变压器的线圈结构设计中实现，而趋肤效应则作为选择导线规格的条件之一。

开关电源变压器的工作状态与开关型功率变换器的电路形式有关，一般根据功率大小，使用要求，采用不同形式的功率变换器。不同的电路形式，开关电源变压器工作状态也不同，对开关电源变压器也提出了不同的设计要求。

变换器形式有：双极性（推挽式、全桥式、半桥式），单端正激式，单端反激式等。

开关电源变压器中使用的是软磁材料。比如：铁氧体材料。铁氧体材料很容易加工成各种形状，可根据开关变压器的电路类型、使用要求、功率等级、经济指标等选用合适的磁芯形状。磁芯型号主要有：EE、EI、EC、ETD、G、GK、H、HQ、UY、UF、PM、RM。每种型号又有很多尺寸规格可以选择。

开关电源变压器参数计算：漏感计算、分布电容计算、穿透深度（导线选择）、交流电阻计算、电流有效值。

开关电源变压器设计

设计内容：

1、磁芯规格

2、匝数与导线规格

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、端空设计：按绝缘电位设计端空

设计条件：

1、电路形式：给出变换器的形式，输入输出电路及所用元器件

2、工作频率或周期

3、变换器输入最高、最低电压

4、输出电压和电流

5、开关管最大导通时间

6、开关管导通电压降及整流二极管正向电压降

7、隔离电位

8、要求的漏感或分布电容

9、温升要求

10、磁芯形状

11、工作环境条件