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【入門必讀】詳解一步一步設(shè)計(jì)開關(guān)電源

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【入門必讀】詳解一步一步設(shè)計(jì)開關(guān)電源

開關(guān)電源設(shè)計(jì)的步就是看規(guī)格，具體的很多人都有接觸過(guò)；也可以提出來(lái)供大家參考，我?guī)兔Ψ治觥?br /> 我只帶大家設(shè)計(jì)一款寬范圍輸入的， 12V2A 的常規(guī)隔離開關(guān)電源
1. 首先確定功率，根據(jù)具體要求來(lái)選擇相應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；這樣的一個(gè)開關(guān)電源多選擇反激式(flyback) 基本上可以滿足要求
備注一個(gè)，在這里我會(huì)更多的選擇是經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算，有需要分析的，可以拿出來(lái)再討論

2.當(dāng)我們確定用 flyback 拓?fù)溥M(jìn)行設(shè)計(jì)以后，我們需要選擇相應(yīng)的PWM IC 和 MOS 來(lái)進(jìn)行初步的電路原理圖設(shè)計(jì)(sch)
無(wú)論是選擇采用分立式的還是集成的都可以自己考慮。對(duì)里面的計(jì)算我還會(huì)進(jìn)行分解
分立式：PWM IC 與 MOS 是分開的，這種優(yōu)點(diǎn)是功率可以自由搭配，缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)和調(diào)試的周期會(huì)變長(zhǎng)（僅從設(shè)計(jì)角度來(lái)說(shuō)）
集成式：就是將 PWM IC 與 MOS 集成在一個(gè)封裝里，省去設(shè)計(jì)者很多的計(jì)算和調(diào)試分步，適合于剛?cè)腴T或快速開發(fā)的環(huán)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 ST VIPer53DIP(集成了MOS) 進(jìn)行設(shè)計(jì)，原因?yàn)楹?因?yàn)槲覀兪卿N售這一顆芯片的)？
設(shè)計(jì)之前都先看一下相應(yīng)的 datasheet，自己確認(rèn)一下簡(jiǎn)單的參數(shù)
無(wú)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 里都會(huì)附有簡(jiǎn)單的電路原理圖，這些原理圖是我們的設(shè)計(jì)依據(jù)

4. 當(dāng)我們將原理圖完成以后，需要確定相應(yīng)的參數(shù)才能進(jìn)入下一步 PCB Layout
當(dāng)然不同的公司不同的流程，我們需要遵守相應(yīng)的流程，養(yǎng)成一個(gè)良好的設(shè)計(jì)習(xí)慣，這一步可能會(huì)有初步評(píng)估，原理圖確認(rèn)，等等，簽核完畢后就可以進(jìn)行計(jì)算了




不需要啟動(dòng)電阻的，因?yàn)檫@顆片子里已經(jīng)集成了一個(gè) 高壓?jiǎn)?dòng)電流源 如下圖：

當(dāng)然針對(duì) UC384X 等需要啟動(dòng)電阻的芯片來(lái)說(shuō)，計(jì)算啟動(dòng)電阻阻值的話，可以這樣
Rstart = (Vin(min) - Vdd ) / Istart
Rstart: 啟動(dòng)電阻
Vin(min): 輸入低直流電壓
Vdd: 芯片的供電電壓
Istart: 芯片的啟動(dòng)電流


一個(gè)很有深度的問(wèn)題，同時(shí)也是 VIPer53 異于其它 single chip power 的優(yōu)點(diǎn)
R205 斷開或相當(dāng)于光耦拆掉（相當(dāng)于副邊失反饋），電源依然會(huì)正常工作，此時(shí)進(jìn)入原邊反饋模式 PSR，參考框圖部分 Vdd 引腳的中間那個(gè)運(yùn)放，此時(shí)會(huì)與 COMP 腳上的 一階慣性環(huán)節(jié)形成穩(wěn)定的 PWM 控制系統(tǒng)
參考電路圖如下：



5. 確定開關(guān)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(guò)外部的 RC 來(lái)設(shè)定，工作頻率就等于開關(guān)頻率，這個(gè)外設(shè)的功能有利于我們更好的設(shè)計(jì)開關(guān)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(shè)超過(guò) 100kHz，主要是開關(guān)電源的頻率過(guò)高以后，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性，更不利于 EMC 的通過(guò)性
頻率太高，相應(yīng)的 di/dt dv/dt 都會(huì)增加，除 PI 132kHz 的工作頻率之外，大家可以多參考其它家的芯片，就會(huì)總結(jié)自己的經(jīng)驗(yàn)出來(lái)
對(duì)于磁芯的選擇，是在開關(guān)頻率和功率的基礎(chǔ)，更多的是經(jīng)驗(yàn)選取。當(dāng)然計(jì)算的話，你需要得到更多的磁芯參數(shù)，包括磁材，居里溫度，頻率特性等等，這個(gè)是需要慢慢建立的
20W ~ 40W 范圍內(nèi) EE25 EER25 EER28 EFD25 EFD30 等均都可以



6. 設(shè)計(jì)變壓器進(jìn)行計(jì)算(續(xù))
計(jì)算開始
輸出功率 Po = 12V * 2A = 24W
輸入功率 Pin = Po/η = 24W/0.8 = 30W
輸入低電壓 Vin(min) = Vac(min)*sqr(2) = 85Vac * 1.414 = 120Vdc
輸入高電壓 Vin(max) = Vac(max)*sqr(2) = 265Vac * 1.414 = 375Vdc
輸入平均電流 Iav = Pin/Vin(min) = 30W/120Vdc = 0.25A
輸入峰值電流 Ipeak = 4 * Iav = 1A
原邊電感量 Lp = Vin(min) * Dmax/(Ipeak * Fsw) = 120Vdc * 0.45/(1A * 70K ) = 770 uH

到此重要的一步原邊電感量已經(jīng)求出，對(duì)于漏感及氣隙，我不建議各位再去計(jì)算和驗(yàn)證
漏感 Lleakage < 5% * Lp


7. 設(shè)計(jì)變壓器進(jìn)行計(jì)算(續(xù)2)上面計(jì)算了變壓器的電感量，現(xiàn)在我們還需要得到相應(yīng)的匝數(shù)才可以完成整個(gè)變壓器的工作
1）計(jì)算導(dǎo)通時(shí)間 Ton周期時(shí)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(jì)算變壓器初級(jí)匝數(shù)Np = Vin(min)*Ton/(ΔB × Ae) = 120Vdc * 6.43us/(0.2 * 82mm2) = 47 T（這里的數(shù)是一定要取整的，而且是進(jìn)位取整，我們變壓器不可能只繞半圈或其它非整數(shù)圈）
3）計(jì)算變壓器 12V 主輸出的匝數(shù)輸出電壓(Vo): 
       12 Vdc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= 120 Vdc / 47 T = 2.55輸出匝數(shù)(Ns) = (輸出電壓(Vo) + 整流管壓降(Vd) + 繞組壓降(Vs)) / 原邊匝伏比(K)= (12 Vdc + 0.7Vdc + 0.5Vdc) / 2.55 = 6 T (已取整)
4）計(jì)算變壓器輔助繞組(aux turning)輸出的匝數(shù)計(jì)算方法與12V主繞組輸出一樣因?yàn)?ST VIPer53DIP 副邊反饋需低于 14.5 Vdc，故選取 12 Vdc 作為輔助電壓；Na = 6 T到這一步，我們基本上就得出了變壓器的主要參數(shù)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(shù) 腳位 耐壓 等安規(guī)方面的要求提出，就可以發(fā)給變壓器廠去打樣了至于氣隙的計(jì)算，以及返回驗(yàn)證 Dmax 這些都是一些教科書上的，不建議大家死搬硬套，自己靈活一些


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| 發(fā)布時(shí)間：2017.05.05    來(lái)源：東莞市玖琪實(shí)業(yè)有限公司
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