一个开关电源工程师的设计笔记日志，第一部分 选型

万事开头难

其实说道开关电源设计，第一个问题其实是如何选择电路拓扑结构。

实际能用的就Forward    RCC（Ringing Choke Converter） Flyback 转换电路三种。

首先说一下Forward

Forward也就是正激开关电源，这种电路结构适合做功率相对较大的开关电源，电路结构也要相比其他两种电路结构更复杂，体积更大。成本更高。多用在100w以上的开关电源上，由于我的设计功率相对较小，所以我并没有选用

其次是RCC（Ringing Choke Converter）

我这里说一下比较合理的中文翻译是，单管变压器自激开关电源。这种设计在低成本的设计中非常普遍。但是可靠性，稳定性，都很难得到保障。但是它有价格便宜的优点。

新型的MOS管RCC电路虽然已经改进了许多原有缺陷，但是依然无法从本质上改变RCC被淘汰的命运。

最后是Flyback电路

我最后选择的是flyback，其实也不是我选的啦，是flyback电路事实上已经垄断了小功率开关电源市场。除了那些成本极其低廉的产品会用RCC结构以外，现在世面上的正规产品都是选用的Flyback电路结构。原因我可以总结一下有如下几条。

第一，体积小结构简单

第二，成本低

第三，稳定性高

第四，可以支持宽压输入。

其实我有仔细研究过这些优势，事实上，上面这几条里面最压倒性的优势其实是可以宽压输入。因为对于一些电压不稳定的地区，还有对于那些需要全球化推广的产品，能同时支持110v电压和220v电压是至关重要的。

进一步检索

你会知道在flyback电路类型中按照反馈方式的不同，会有如下几种分类

第一钟，主绕组负反馈

第二种，原边负反馈PSR

第三种，光耦负反馈

第四种，磁耦合负反馈

第一种，主绕组负反馈

这种电路只有在极低的成本应用下才会被使用，主要用在固定负载应用，通过变压器高压绕组的阻抗变换来做相应的PWM控制，没有辅助绕组帮助，这种电路虽然差，但是成本低。但是肯定我不能接受这样的电路结构

第二种，原边负反馈PSR

这种电路在Flyback拓扑中应用其实是最为广泛的，因为使用量相当的惊人。因为相比第一套方案的成本增加非常有限，但是稳定性可靠性都有了很大的提升。所以市场上实际使用量很大。各各供应商都有自己的方案。但是这种电路相对于之后的两种电路有一个致命的缺点。那就是输出电压的调整率低，反应慢。依然更加适合固定负载使用。

第三种，光耦负反馈

其实这才是教科书上主推的Flyback电路正确标准方案。只要是正规的通用产品，都会选择这样的方案使用。但是它依然不能称之为完美。因为光耦会随着使用时间而出现衰减，温度也会对光耦的工作造成影响。当然这也有解决方案，比如说apple的PD充电器中就有使用到双光耦方案，通过两个光耦的互相补偿，抵消这些负面应用。

APPLE A1719 选用了4光耦反馈方案。

第四种，磁耦合负反馈

磁耦合其实是一项很新很新的技术，我当初学开关电源的时候，都还没有听说过这种反馈方式呢。当然它的好处也是显而易见的，磁耦合几乎解决了光耦反馈的所有缺点。而且集成度更高。bom表的元器件数量大幅降低。我要做最好的开关电源，如果有合适的方案，我自然是选择磁耦合不二的。

特殊提出来讲的，同步整流

其实所有电路都可以用同步整流，但是小功率开关电源用同步整流还是这几年提出来的。原因也很简单。

小功率开关电源的热效率相对于大功率开关电源要低，功率越小，效率就下降的越厉害，为了提高效率，同步整流是不二的选择，你不选择同步整流虽然也可以少几个元器件，但是散热问题就来了，定制铝板什么的都是事情，而且安装散热片也并不是一件容易的事情，所以同步整理在小功率开关电源上用的越来越多了。

特殊提出来的，Quasi Resonant准谐振PWM控制

开关电源为了提升效率，于是就有了通过电感，电容等电路实现相位错开，实现开关管过零开关的技术。而准谐振控制并没有传统的标准谐振电路那样复杂的电感电容配置。就轻易的实现了零电流的开关。这对于传统小功率开关电源的效率提升有了质的飞跃。结合同步整流技术，最新的方案甚至可以将小功率开关电源的效率提升到94%以上。这已经是一个很惊人的数字了。

错开电流和电压，实现0功耗开关。

可能现在一切都变的这样的合理符合逻辑，但是事实上一开始并不是这样的，正所谓万事开头难。

小型开关电源方案众多，供应商举不胜举。市场非常的混乱。每一个供应商旗下又有数不胜数的细分产品，如何选型其实是一个非常头大的事情。在没有入这个圈子之前，没有谁会来帮助你，在你的公司体量不够大的情况下，没有原厂FAE 愿意帮你设计开关电源。（我亲眼所见，原厂的FAE直接给一些像科勒这样的大公司直接免费画板设计的）我们公司并没有这么强的议价能力。甚至像英飞凌这样的强势大厂连帮忙选择控制器方案都不愿意搭理。（在这场残酷的甲方乙方博弈游戏中，谁有大的量谁是老大，谁的公司有名气谁是老大）像我这样的情况就只有自己努力学习。认真工作，一步一个脚印的。虽然慢，但是我有自信我现在做的是最好的东西，每一个小门道我都慢慢知道为什么了。你不可能问倒我了。

我的做法是，通过充电头网站的充电器拆解文章，了解市面上使用的主流ACDC方案。

第一步，确定了小功率开关电源99%都是用的flyback。

第二步，确定了光耦负反馈是主流，磁耦合负反馈也已经开始普及。

第三步，查看是否有主流PWM控制器供应商。

这一步需要详细说明。我搜罗了一系列市面上主流厂家所选用的开关电源方案，仅供大家参考。

先看看市面上大家都用什么再说吧。

苹果APPLE A1540 29W使用的方案

英飞凌 FLUT12A2010

三星EP-TA200充电器

Dialog 的PWM控制器 iW1780  同步整流控制器iW673 

值得口水的PCB 平面变压器。这在常见方案里面是不多见的高级货，拥有一致性高，稳定可靠的特点

华为 HW-059200CHQ 充电器

Dialog iW1780

锤子，CD101充电器

Dialog iW1782  注意这颗控制器已经不是简单的Flyback PWM控制器了，而是升级版的Quasi Resonant控制器了（QR）PWM。准谐振占空比调制控制器。拥有过零开关的功能。锤子确实算是良心。

小米5充电头MDY-08-EH

使用的power integrations  最新的innoswitch 2 方案

绝对顶级的芯片，单芯片集成同步整流，磁耦合负反馈技术，这在整个行业内都是鹤立鸡群的。说的好笑，一直到很后面我才搞明白了，这颗控制器其实也不是传统的PWM控制，而是一种称之为ON OFF的控制方式。也就是说频率并非固定。脉冲完全智能控制。

我看到比较惹眼的是dialog-semiconductor和power integrations （苹果的方案太高大上了，我们用不起）

这两家都非常有特色，

dialog-semiconductor凭借其强大的数字控制能力，获得了超高的可靠性，能够对各种突如其来的变化及时做出相应的快速数字反应。所以拥有最大的客户群，拥有QR准谐振能大幅提高开关电源的转换效率。power integrations拥有磁耦合，集成同步整流，更少的BOM元器件，更紧凑的体积。于是我毅然决然的选择了power integrations 然后就一发不可收拾了。

PS：说个笑话，一开始选型的时候我还并没有注意到Quasi Resonant技术，事实上一直到最新的PI innoswitch3系列芯片用上了Quasi Resonant。我这次写文章整理资料才突然发觉锤子的那颗Dialog iW1782 控制器居然和Dialog iW1780 区别很大，支持Quasi Resonant技术。这个行业的水其实真的很深很深。

在没有入行前，我一直认为一颗AC DC控制器可以用很多年的，其实不然，整个行业都是围绕着最新的能源标准而不断的推出新产品的。理由也很简单，越来越高的能源标准。逼着厂家不得不更新自己的技术来符合欧盟最新的标准。为整个地球节能环保做贡献。QR和同步整流技术也就是因为这个原因，正在越来越多的被应用，其实可以说这些年的开关电源技术已经远不是教科书上可以学习到的了。

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