資深工程師教你如何一步步設計開關電源
發布時間:2013-10-31 來源:電子元件技術網論壇 責任編輯:cicy
開關電源設計的第一步就是看規格,具體的很多人都有接觸過;也可以提出來供大家參考,今天網友舉例來說明,例如:設計一款寬範圍輸入的,12V2A 的常規隔離開關電源。
1.首先確定功率
根據具體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備注一個,我們選擇經驗公式來計算,有需要分析的,可以拿出來再討論。
2.選擇相應的PWM IC 和 MOS
當我們確定用 flyback 拓撲進行設計以後,我們需要選擇相應的PWM IC 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。對裏麵的計算我還會進行分解。
分立式:PWM IC 與 MOS 是分開的,這種優點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 PWM IC 與 MOS 集成在一個封裝裏,省去設計者很多的計算和調試分步,適合於剛入門或快速開發的環境。
3.參考datasheet,畫原理圖
確定所選擇的芯片以後,開始做原理圖(sch),在這裏我選用 ST VIPer53DIP(集成了MOS) 進行設計,原因為何(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 OB LD 等分立的都需要參考一下 datasheet一般 datasheet 裏都會附有簡單的電路原理圖,這些原理圖是我們的設計依據。當我們將原理圖完成以後,需要確定相應的參數才能進入下一步 PCB Layout,dangranbutongdegongsibutongdeliucheng,womenxuyaozunshouxiangyingdeliucheng,yangchengyigelianghaodeshejixiguan,zheyibukenenghuiyouchubupinggu,yuanlituqueren,dengdeng,qianhewanbihoujiukeyijinxingjisuanle。

圖1 開關電源原理圖

圖2 開關電源設計內部框圖
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
5.確定開關頻率,選擇磁芯確定變壓器
這裏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,工作頻率就等於開關頻率,這個外設的功能有利於我們更好的設計開關電源,也可以采取外同步功能。與 UC384X 功能相近變壓器磁芯為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後,不利於係統的穩定性,更不利於 EMC 的通過性。頻率太高,相應的 di/dt dv/dt 都會增加,除 PI 132kHz 的de工gong作zuo頻pin率lv之zhi外wai,大da家jia可ke以yi多duo參can考kao其qi它ta家jia的de芯xin片pian,就jiu會hui總zong結jie自zi己ji的de經jing驗yan出chu來lai。對dui於yu磁ci芯xin的de選xuan擇ze,是shi在zai開kai關guan頻pin率lv和he功gong率lv的de基ji礎chu,更geng多duo的de是shi經jing驗yan選xuan取qu。當dang然ran計ji算suan的de話hua,你ni需xu要yao得de到dao更geng多duo的de磁ci芯xin參can數shu,包bao括kuo磁ci材cai,居ju裏li溫wen度du,頻pin率lv特te性xing等deng等deng,這zhe個ge是shi需xu要yao慢man慢man建jian立li的de20W ~ 40W 範圍內 EE25 EER25 EER28 EFD25 EFD30 等均都可以。
6.設計變壓器進行計算
通(tong)過(guo)已(yi)經(jing)參(can)數(shu)進(jin)行(xing)各(ge)種(zhong)參(can)數(shu)計(ji)算(suan),獲(huo)得(de)匝(za)數(shu)和(he)電(dian)感(gan)量(liang)。最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)一(yi)步(bu)原(yuan)邊(bian)電(dian)感(gan)量(liang)已(yi)經(jing)求(qiu)出(chu),對(dui)於(yu)漏(lou)感(gan)及(ji)氣(qi)隙(xi),我(wo)不(bu)建(jian)議(yi)各(ge)位(wei)再(zai)去(qu)計(ji)算(suan)和(he)驗(yan)證(zheng)。
7.布線需要注意的問題
在布局與布板方麵,需要注意以下一些問題。
1) RCD 吸收部分與變壓器形成的環麵積盡量小;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於基準的穩定;同時 VIPER53DIP 這顆 DIP-8 的芯片散熱的重要通道
3) 在 di/dt dv/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
8.調試過程
在這一步,基本上算是設計完成,後麵就是焊板調試的過程了。
總結:
其實開關電源入門很簡單,最好的入門是選用單片的,畢竟省去了啟動電阻,電流檢測電阻,MOS及(ji)驅(qu)動(dong),保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)等(deng)各(ge)種(zhong)不(bu)確(que)定(ding)因(yin)素(su)的(de)問(wen)題(ti)。等(deng)你(ni)真(zhen)正(zheng)入(ru)門(men)了(le),積(ji)累(lei)一(yi)定(ding)的(de)經(jing)驗(yan),再(zai)采(cai)用(yong)分(fen)立(li)的(de)結(jie)構(gou)進(jin)行(xing)設(she)計(ji)就(jiu)簡(jian)單(dan)多(duo)了(le),凡(fan)事(shi)先(xian)易(yi)後(hou)難(nan)才(cai)有(you)進(jin)步(bu)。
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