【導(dǎo)讀】想要成為一名合格的硬件工程師，熟練掌握電源知識(shí)至關(guān)重要——凡是在工作著的系統(tǒng)都必須要有電源，而電源是否可靠穩(wěn)定的運(yùn)行，則影響著整個(gè)系統(tǒng)的工作情況。那么，如何產(chǎn)生“干凈”的電源？假設(shè)自己DIY一個(gè)開關(guān)電源的難度有多大，需具備哪些知識(shí)呢？
分解式完整學(xué)習(xí)路徑
別著急，我們一步步來，先了解開關(guān)電源的定義
圖1 兩種常用電源
如上圖，電源大的分類主要有線性電源和開關(guān)電源。從簡化的圖形上看，（a）線性電源隨著調(diào)整管的大小而輸出呈現(xiàn)一個(gè)線性的變化，（b）中可以看出開關(guān)電源的工作原理。
為什么叫開關(guān)電源？簡單的說開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。
圖（a）和（b）中，除了把兩種電源做了模型的簡化，讓大家非常清楚的知道兩者本質(zhì)區(qū)別之外，開關(guān)電源與線性電源還有如下區(qū)別：
1） 功率管的工作方式不同，線性電源的功率管工作在可變電阻狀態(tài)（放大區(qū)），而開關(guān)電源的功率管工作在開關(guān)狀態(tài)（飽和區(qū)及截至區(qū)）；
2） 效率不同。線性電源的功率管是一個(gè)可變電阻那么就不可避免的需要消耗電能，而開關(guān)電源功率管工作在開關(guān)狀態(tài)從而它的效率比較高，一般都在90%以上；
3） 紋波不同。線性電源沒有開關(guān)動(dòng)作從而紋波噪聲小，相反開關(guān)電源紋波噪聲就較大；
4） 開關(guān)電源體積較小，功率大。線性電源的功率管消耗電能因而發(fā)熱量較大需要加配較大散熱片，開關(guān)電源的功率管工作在開關(guān)狀態(tài)產(chǎn)生的熱損耗要小得多。
明確開關(guān)電源的概念后，再來看開關(guān)電源的構(gòu)成
圖2 開關(guān)電源基本組成
如圖2所示，開關(guān)電源的工作原理是：輸入電壓經(jīng)過濾波之后，被主電路轉(zhuǎn)換為脈沖電壓，脈沖電壓再經(jīng)過輸出端濾波后得到輸出電壓。同時(shí)輸出端設(shè)置采樣電路對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣反饋給控制電路，控制電路通過PWM調(diào)制控制主電路的狀態(tài)從而達(dá)到電壓穩(wěn)定輸出。
基本組成中的各部分都承擔(dān)著重大作用：
輸入濾波：將輸入端的電網(wǎng)雜波濾除，阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋到電網(wǎng)；
主電路：承擔(dān)電壓變換的主要角色，將輸入濾波后的電壓轉(zhuǎn)化為高頻的直流脈沖電壓；
輸出濾波：濾除主電路中開關(guān)管產(chǎn)生的高頻雜波，輸出穩(wěn)定的電壓；
采樣電路：對(duì)輸出電壓、電流進(jìn)行采樣；
控制電路：取得采樣電流采集的數(shù)據(jù)與參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較并產(chǎn)生控制信號(hào)控制主電路，以達(dá)到反饋控制的目的；
輔助電源：提供控制回路的工作電壓。
搞清楚概念和原理之后，補(bǔ)充制作最簡單開關(guān)電源必備知識(shí)
很多同學(xué)最初DIY時(shí)，都逃不過炸電容，燒芯片，廢MOS管….迷茫的翻閱《電力電子技術(shù)》書籍，學(xué)習(xí)什么是Buck？什么是Boost？什么是半橋？小心翼翼的焊板子，制作數(shù)控電源等。
DIY的樂趣就在于此，接下來，我們提前儲(chǔ)備一下開關(guān)電源的制作的必備知識(shí)點(diǎn)，好讓大家在真正動(dòng)手實(shí)踐時(shí)少踩坑！（注意：電源的指標(biāo)我們先不用定的太高，只需要設(shè)計(jì)一個(gè)輸入直流、輸出直流具有恒壓功能的DC-DC電源即可。）
1）對(duì)于主電路，需要懂得Buck電路，如下圖3所示。理解其工作原理，知道PWM（脈寬調(diào)制）控制其輸出電壓，建議大家參考一下《電力電子技術(shù)》。
圖3 Buck電路原理圖
2）輸入輸出濾波電路，這一塊就輕松點(diǎn)了。明白電解電容的耐壓值要高于接入的電壓才不會(huì)爆炸，要想濾波效果好就得多個(gè)電容并聯(lián)，且要電解電容和瓷片電容一起用，因?yàn)榇善娙莸母哳l特性好，可以有效濾除高頻雜波。而電解電容容量大，能保持輸出電壓的穩(wěn)定。
3）對(duì)于控制電路，如果使用專用的開關(guān)電源芯片那么就按參考芯片手冊給出的典型電路。如果采用的是微處理器，那么需要會(huì)C語言，懂得操作單片機(jī)控制其管腳輸出PWM波，以及MOS管的驅(qū)動(dòng)電路。
4）采樣這一部分需要懂得電阻分壓采樣，電路圖如下圖所示：
圖4 分壓采樣電路
圖中OP97主要起到保護(hù)后級(jí)電路的作用。若沒有OP97，直接將N點(diǎn)連接至后級(jí)電路，當(dāng)輸出電壓突然過高，N點(diǎn)電壓有可能超過后級(jí)電路的可承受電壓，從而燒毀AD轉(zhuǎn)換器或者其他后級(jí)電路。若存在OP97，那么出現(xiàn)N點(diǎn)電壓過高，OP97將達(dá)到飽和區(qū)，輸出電壓被限制在工作電壓而不會(huì)出現(xiàn)燒毀后級(jí)電路的情況。
5）對(duì)于輔助電源，可以直接使用相關(guān)的電源芯片（如果控制電路使用的是集成開關(guān)電源芯片，那么芯片內(nèi)部一般都將輔助電源集成在了內(nèi)部）。
6）我們建議大家控制部分使用微控制器來做，主電路自己用MOS管來搭建，輔助電源部分使用相關(guān)的開關(guān)電源芯片，例如ADI的ADP2360、LTC3309。
用集成的開關(guān)電源芯片來做的話，需要自己制作的部分很少很少，只需按照芯片手冊添加幾個(gè)電阻、電容、電感即可。如果使用微控制器來做的話，那么主電路、采樣電路、驅(qū)動(dòng)芯片、輔助電源芯片都需要自己來設(shè)計(jì)和選型，學(xué)起來才深刻。
推薦閱讀：
