設計開關電源的步驟有哪些？

開關電源設計的第一步就是看規格，詳盡的很多人都有接觸過；也可以提出來供大家參考，我幫忙分解。

我只帶大家設計一款寬范圍輸入的12V2A的常規隔離開關電源

1.首先確定功率。

依據詳盡要求來選擇相應的拓撲結構；這樣的一個開關電源多選擇反激式(flyback)基本上可以滿足要求。

注：在這里我會更多的選擇是經驗公式來計算，有需要分解的，可以拿出來再討論。

2.當我們確定用flyback拓撲進行設計以后，我們需要選擇相應的PWMIC和MOS來進行初步的電路原理圖設計(sch)。

無論是選擇采用分立式的還是集成的都可以自己考慮。對里面的計算我還會進行分析。

分立式：PWMIC與MOS是分開的，這種優勢是功率可以自由搭配，缺點是設計和調試的周期會變長（僅從設計角度來說）；

集成式：就是將PWMIC與MOS集成在一個封裝里，省去設計者很多的計算和調試分步，適合于剛入門或快速開發的環境。

3.確定所選擇的芯片以后，開始做原理圖(sch)。

在這里我選用STVIPer53DIP(集成了MOS)進行設計，原由為甚么(因為我們是銷售這一顆芯片的)？

設計之前最好都先看一下相應的datasheet，自己確認一下簡單的參數：

無論是選用PI的集成，或384x或OBLD等分立的都需要參考一下datasheet，一般datasheet里都會附有簡單的電路原理圖，這些原理圖是我們的設計根據。

4.當我們將原理圖完成以后，需要確定相應的參數才能進入下一步PCBLayout。

當然不同的公司不同的流程，我們需要遵守相應的流程，養成一個良好的設計習慣，這一步可能會有初步評估，原理圖確認，等等，簽核完畢后就可以進行計算了。

先附上相應的原理圖

不需要啟動電阻的，因為這顆片子里已經集成了一個高壓啟動電流源如下圖：

當然針對UC384X等需要啟動電阻的芯片來說，計算啟動電阻阻值的話，可以這樣

Rstart=(Vin(min)-Vdd)/Istart

Rstart:啟動電阻

Vin(min):輸入最低直流電壓

Vdd:芯片的供電電壓

Istart:芯片的啟動電流

一個很有深度的問題，同時也是VIPer53異于其它singlechippower的優勢

R205斷開或相當于光耦拆掉（相當于副邊失反饋），電源仍舊會正常工作，此時進入原邊反饋模式PSR，參考框圖部分Vdd引腳的中間那個運放，此時會與COMP腳上的一階慣性環節形成穩定的PWM控制系統

參考電路圖如下：

5.確定開關頻率，選擇磁芯確定變壓器

這里確定芯片工作頻率為70KHz，芯片的頻率可以通過外部的RC來設定，工作頻率就等于開關頻率，這個外設的功能有利于我們更好的設計開關電源，也可以采取外同步功能。與UC384X功能相似，變壓器磁芯為EER28/28L，一般AC2DC的變換器，工作頻率不宜設超過100kHz，主要是開關電源的頻率過高以后，不利于系統的穩定性，更不利于EMC的通過性，頻率太高，相應的di/dtdv/dt都會增加，除PI132kHz的工作頻率之外，大家可以多參考其它家的芯片，就會總結自己的經驗出來。

對于磁芯的選擇，是在開關頻率和功率的基礎，更多的是經驗選取。當然計算的話，你需要得到更多的磁芯參數，包括磁材，居里溫度，頻率特性等等，這個是需要慢慢建立的。

20W~40W范圍內EE25EER25EER28EFD25EFD30等均都可以。

6.設計變壓器進行計算(續2)上面計算了變壓器的電感量，今朝我們還需要得到相應的匝數才可以完成整個變壓器的工作

1）計算導通時間Ton周期時間T=Ton+Toff=1/FswTon=T*DmaxFsw,Dmax都是已知量70kHz,0.45代入上式可得Ton=6.43us

2）計算變壓器初級匝數Np=Vin(min)*Ton/(ΔB×Ae)=120Vdc*6.43us/(0.2*82mm2)=47T（這里的數是一定要取整的，而且是進位取整，我們變壓器不可能只繞半圈或其它非整數圈）

3）計算變壓器12V主輸出的匝數輸出電壓(Vo):

12Vdc整流管壓降(Vd):0.7

Vdc繞組壓降(Vs):0.5

Vdc原邊匝伏比(K)=Vi_min/Np=120Vdc/47T=2.55輸出匝數(Ns)=(輸出電壓(Vo)+整流管壓降(Vd)+繞組壓降(Vs))/原邊匝伏比(K)=(12Vdc+0.7Vdc+0.5Vdc)/2.55=6T(已取整)

4）計算變壓器輔助繞組(auxturning)輸出的匝數計算辦法與12V主繞組輸出一樣因為STVIPer53DIP副邊反饋需低于14.5Vdc，故選取12Vdc作為輔助電壓；Na=6T到這一步，我們基本上就得出了變壓器的主要參數原邊繞組：47T原邊電感量：0.77mH漏感<5%*0.77mH=39uH12V輸出：6T輔助繞組：6T下一步我們只要將繞組的線徑股數腳位耐壓等安規方面的要求提出，就可以發給變壓器廠去打樣了至于氣隙的計算，以及返回驗證Dmax這些都是一些教科書上的，不提議大家死搬硬套，自己靈活一些

6.設計變壓器進行計算(續3)

上面計算出匝數以后，可以筆直確定漆包線的粗細，不需要去進行復雜的計算

線徑與常規電阻一樣，都是有定值的，記住幾種常用的定值線徑

這里，原邊電流比較小，可以筆直選用φ0.25一股

輔助繞組φ0.25一股

主輸出繞組φ0.4或0.5三股，不用選擇更粗的，否則繞制起來，漆包線的硬度會使操作工人很難繞

很多這一步“計算”過了以后，還會返回計算以驗證變壓器的窗口面積

個人認為返回驗證是多余的，因為繞制不下的話，打樣的變壓器廠也會反饋給你，而你驗證通過的，在實際中也不一定會通過；

畢竟與實際繞制過程中的熟練度，及稀疏還是有很大關系的

再下一步，需要確定輸入輸出的電容的大小，就可以進行布局和布板了。

7.輸入輸出電解電容計算

輸入濾波電解電容

Cin=(1.5~3)*Pin

輸出濾波電解電容

Cout=(200~300)*Io

上面我們計算出輸入功率30W

所以Cin=45～90uF

從理論上來說，這個值選的越大，對后級就越好；從成本上考慮，我們不會無限制的去選取大容量

此處選值47uF/400Vdc85℃或105℃依據相應的使用環境來決定；電容不需要高頻，一般低阻抗的就可以了

輸出電流是2A

Cout=400～600uF

此處電容需要適應高頻低阻的特性，這個值也可以選值變大，但前提非得是在反饋環內

因為是閉環精度控制，故取值470uF/16Vdc

這里電源就可以選兩顆470uF/16Vdc，加一個L，阻成CLC低通濾波器

基本上到這里，PCB上需要外形確定的器件已經完成，即PCB封裝完成；

下一步就可通過前面的原理圖(SCH)定義好器件封裝。

8.PCBLayout

上面已經確定變壓器，原理圖，以及電解電容，其它的基本上都是標準件了

由sch生成網絡表，在PCBfile里定義好板邊然后加載相應的封裝庫以后，可以筆直導入網絡表，進行布局；因為這個板相對比較簡單，也可以筆直布板，導入網絡表是一個非常好的設計習慣

PCBlayout重點不是怎么連線，最緊要的是要怎么樣布局；一般來說布局OK的話，畫板就輕松多了

在布局與布板方面，

1)RCD吸收部分與變壓器形成的環面積盡量小；這樣可以減小相應的輻射和傳導

2)地線盡量的短和寬大，保證相應的零電平有利于基準的穩定；同時VIPER53DIP這顆DIP-8的芯片散熱的緊要通道

3)在di/dtdv/dt變化比較大的地方，盡量減小環路和加寬走線，降低不必要的電感特性

附上相應的圖，N久之前的版本，可以改進的地方很多，各位自行參考：目前這一塊板仍一直在加工

9.確定部分參數

我們前幾步已經計算了變壓器，PCBLayout完成以后，此時就可以確定變壓器的同名端,完整的定義變壓器，并發出去打樣或自己繞制

EER28/28L骨架是6+6

原邊：1->3輔助：6->5輸出：7，8，9->10，11，12

對于輸出的腳位，我們可以用兩個，或者全用上，看各位自己的選擇

從原理圖及PCB圖上，1，6，7，8，9為同名端，自己繞制時，起線需從這幾個腳位起，同方向繞制

變壓器正式定義：

1->2:φ0.25x1x24T

7->10:φ0.50x2x6T

8->11:φ0.50x2x6T

9->12:φ0.50x2x6T

2->3:φ0.25x1x23T

6->5:φ0.25x1x6T

2,4并剪腳

L1-3:0.77mH0.25V@1kHz漏感低于5%磁材：PC40或等同材質

高壓：

原邊vs副邊：3750Vac@1mA1min無擊穿無飛弧

副邊vs磁芯：1500Vac@1mA1min無擊穿無飛弧

阻抗：

原邊vs副邊/繞組vs磁芯：500Vdc阻抗>100M

備注：這里采用三文治繞法，目的是為了降低漏感

輸出所有腳位全用上，目的是不浪費，同時降低輸出繞組的內部阻抗

可以將PCB和變壓器發出去打樣了，剩下就是確定更多的參數并備料

9.確定部分參數(續1)

D101～D104：Iav=0.25A選1N4007（1000V@1A）當然選600V的也沒有問題

snubbercircuit(RCD吸收)：R101-100k1WC101-103@1kV（高壓瓷片電容）

D105-FR107(選600V的超快恢復也可以)

這部分可以計算，也可以筆直選用經典的參數，在調試時，再進行持續來檢驗

D201:MBR10100

耐壓：>Vo+Vin(max)*Ns/Np=12V+375Vdc*6/47=60V

D106:FR107（耐壓計算同上，選FR101亦可，盡快將電源里器件整合，故選FR107）

R102:是一個分壓電阻，主要用來限制Vdd的電壓；0～100R范圍內選，調試時，依據詳盡情況調整

R103，C105:這部分是STVIPER53DIP設定開關頻率的，70kHz可查datasheet中的頻率設定表，可知R103-10kC105-222

8腳TOVL是一個延時保護的，此處可以筆直選104詳盡參數，依據使用時，來調整這個值

1腳comp是一個補償反饋腳，給出一組驗證過的參數：R104-1k

C104-47uF/50V(電解電容)C103-104這是一個一階慣性環節，在副邊反饋狀態下，以副邊反饋的補償網絡為主，在失反饋此補償網絡才變為主網絡

IC102-選用PC817C就OK了，不需要要求太高的CTR值

L201-10uH3A的工字電感，與E201E202形成一個低通濾波器，能更好地抑制紋波，可計算，在這里我不提倡來計算，可以依據調試中所碰到的問題再來調整

IC201-TL431TO92封裝，ref-2.5V

R205-1k這個值的計算>Vo-Vopdiode(光耦內發光二極管的壓降)/Imin(光耦發光二極管最小擊穿電流)

保證R205的選擇能夠在正常狀態下，有效擊穿光耦內部的發光二極管

R204R202-18k4.7k依據公式2.5V/R202=Vo/(R202+R204)可計算

C202-104這個也可以到時依據實際情況來調整，不需要去用公式進行復雜的計算

CY103-這個是Y電容可以選222@400Vac，詳盡依據安規的耐壓來選取,都可以在后續的工作中進行調整

10.調試過程

到以上部分，基本上一個電源算是設計完成，后面的就是焊板調試過程

調試所需要的簡單設備（必需的）：

調壓器，示波器，萬用表

輔助設備：功率計，LCR電橋，電子負載

焊完板以后，進行靜態檢查，如果有LCR電橋的話，可以先測一下變壓器同名端，電感量等參數以后再焊接

靜態檢查，主要看有沒有虛焊，連錫等

10.調試過程(續1)

靜態探測以后，可以用萬用表測一下輸入，輸出是不是處于短路狀態

剩下就可以進行加電探測了

開關電源的AC輸入接入調壓器，或者AC輸入接入功率計再接至調壓器

調壓器處于0Vac

示波器接在STVIPER53DIP的DS兩端或初級繞組兩端亦可，交流耦合

萬用表電壓檔測輸出，并空載

接通調壓器電源，開始升壓，不需要快速，同時觀看示波器

從0Vac開始升，會看到示波器上波形會有浮動（改成直流耦合會很清楚看到電壓在上升）

當調壓器的電壓至40～60Vac區間時，如果示波器波形還沒有變化的話，退回0Vac，重新檢查電源板

一般空載狀態，在40～60Vac區間時，開關電源會開始工作，STVIPER53DIP也會進入工作模式，示波器上Vds波形會開始正常

看輸出電壓是不是達到預設值？未達到，退回0Vac檢查采樣，反饋及輸出回路

如果都OK的狀態下，再考慮將輸入電壓升至220Vac

遵循以上步驟調試的話，不會出現爆片或炸機現象

備注：示波器需要隔離，或只準許LN輸入，未隔離條件下PE的線不能接入，否則極易造成短路

聲明： 本站所發布文章部分圖片和內容自于互聯網，如有侵權請聯系刪除