开关电源的设计方案步骤
开关电源的设计步骤
【开篇】针对开关电源很多人觉得难，主要是理论与实践相结合；万事开头难，我在这里只能算抛砖引玉，慢慢讲解如何设计，有任何技术问题可以随时打断，我将尽力来进行解答。
设计一款开关电源并不难，难就难在做精；我也不是一个很精熟的工程师，只能算一个领路人。
希望大家喜欢大家一起努力!!【第一步】开关电源设计的第一步就是看规格，具体的很多人都有接触过；也可以提出来供大家参考，我帮助分析。
我只带大家设计一款宽范围输入的，12V2A 的常规隔离开关电源1. 首先确定功率，根据具体要求来选择相应的拓扑结构；这样的一个开关电源多项选择择反激式(flyback) 基本上可以满足要求备注一个，在这里我会更多的选择是经验公式来计算，有需要分析的，可以拿出来再讨论【第二步】2.当我们确定用flyback 拓扑进行设计以后，我们需要选择相应的PWM IC 和MOS 来进行初步的电路原理图设计(sch)无论是选择采用分立式的还是集成的都可以自己考虑。
对里面的计算我还会进行分解分立式：PWM IC 与MOS 是分开的，这种优点是功率可以自由搭配，缺点是设计和调试的周期会变长〔仅从设计角度来说〕集成式：就是将PWM IC 与MOS 集成在一个封装里，省去设计者很多的计算和调试分步，适合于刚入门或快速开发的环境集成式，多是指PWM controller 和power switch 集成在一起的芯片不限定于是PSR 还是SSR【第三步】3. 确定所选择的芯片以后，开始做原理图(sch)，在这里我选用ST VIPer53DIP(集成了MOS) 进行设计，原因为何(因为我们是销售这一颗芯片的)？设计之前最好都先看一下相应的datasheet，自己确认一下简单的参数无论是选用PI 的集成，或384x 或OB LD 等分立的都需要参考一下datasheet一般datasheet 里都会附有简单的电路原理图，这些原理图是我们的设计依据【第四步】4. 当我们将原理图完成以后，需要确定相应的参数才能进入下一步PCB Layout当然不同的公司不同的流程，我们需要遵守相应的流程，养成一个良好的设计习惯，这一步可能会有初步评估，原理图确认，等等，签核完毕后就可以进行计算一般有芯片厂家提供相关资料【第五步】5. 确定开关频率，选择磁芯确定变压器芯片的频率可以通过外部的RC 来设定，工作频率就等于开关频率，这个外设的功能有利于我们更好的设计开关电源，也可以采取外同步功能。
开关电源设计开发流程
开关电源设计开发流程1. 需求分析
- 确定电源输入电压范围和输出电压规格
- 确定电源输出功率和效率要求
- 确定电源尺寸和工作环境要求
2. 拓扑结构选择
- 分析常见拓扑结构的优缺点
- 根据需求选择合适的拓扑结构
3. 关键器件选择
- 选择功率开关管
- 选择变压器
- 选择输出滤波电容和其他辅助器件
4. 电路设计
- 进行电路原理设计和仿真验证
- 进行PCB布局设计
5. 电源原型制作与调试
- 制作样机电路板
- 对电路进行调试和测试
- 进行功率和效率测试
6. 电磁兼容性(EMC)设计
- 分析电路的EMC问题
- 采取相应的EMC设计措施
7. 热设计
- 进行热分析和模拟
- 设计散热结构
8. 机械结构设计
- 确定外壳尺寸和材料
- 设计机械结构和组装工艺
9. 安全认证和标准符合性
- 进行安全认证测试
- 确保满足相关标准和规范
10. 试产和量产
- 制作小批量试产样品
- 进行可靠性测试和改进
- 量产和交付
这个流程概括了开关电源设计开发的主要步骤,具体细节需要根据实际产品需求进行调整和完善。
良好的设计流程有助于提高开发效率,确保产品质量和可靠性。
开关电源设计方案
开关电源设计方案1. 导言开关电源是一种将交流电转换为直流电的电源设备。
它具有高转换效率、小体积、轻重量等特点，被广泛应用于电子设备中。
本文将介绍开关电源的基本工作原理、设计流程以及几个常见的开关电源设计方案。
2. 开关电源的工作原理开关电源的工作原理包括输入滤波、整流、能量存储、调节和输出等步骤。
以下是一个典型的开关电源的工作原理图：开关电源工作原理图开关电源工作原理图1.输入滤波：交流电通过电源的输入端，首先经过输入滤波电路。
该电路使用电容和电感元件，去除交流电中的高频噪声和干扰，使得电源输入的电流更加稳定。
2.整流：经过滤波的交流电信号，经过整流桥或整流管，被转换为一个较高的直流电压。
整流桥通常由4个二极管组成，它们交替导通，使得输入交流电的正半周和负半周都能够被转换为正向的直流电。
3.能量存储：整流后的直流电压通过电容器进行存储。
电容器的作用是储存电荷以平滑输出电压，防止输出电压的波动。
4.调节：开关电源通常具有可调节输出电压的功能。
这是通过调整开关管的导通和截止时间来实现的。
调节电路通常由一片PWM控制芯片和电路反馈元件（如电感、变压器等）组成，以控制开关频率和占空比。
5.输出：经过调节后的直流电压，通过输出滤波电路去除残余的高频噪声，然后供给电子设备的负载。
3. 开关电源设计流程设计一个功能稳定、安全可靠的开关电源需要经过以下几个步骤：3.1 确定设计规格在开始设计之前，需要明确电源的输入和输出要求。
输入要求包括交流电的电压范围、频率、输入的稳定性等；输出要求包括直流电的电压、电流、纹波与噪声等。
3.2 选择拓扑结构常见的开关电源拓扑结构有多种，如Boost、Buck、Buck-Boost、Flyback等。
根据实际需求选择最适合的拓扑结构。
3.3 确定主要元件参数根据设计规格和拓扑结构，确定主要元件的参数，如开关管、变压器、电感、电容等。
3.4 确定控制策略根据实际需求，选择合适的控制策略，如PWM控制、电流模式控制等。
开关电源的制作流程
开关电源的制作流程开关电源（Switch Mode Power Supply，SMPS）具有高效率、低功率、体积小、重量轻等显著优点，代表了稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。
开关电源的设计与制作要求设计者具有丰富的实践经验，既要完成设计制作，又要懂得调试、测试与分析等。
本文章介绍开关电源组成及制作、调试所需的基本步骤和方法。
第一节开关电源的电路组成开关电源一般是指输入与输出隔离的电源变换器，包括AC/DC电源变换器和DC/DC电源变换器，也称为AC/DC开关电源和DC/DC开关电源。
非隔离式DC/DC变换器也属于开关电源，通常称之为开关稳压器。
1、AC/DC开关电源的组成AC/DC开关电源的典型结构如图1-1-1所示。
电源由输入电磁干扰（EMI）滤波器、输入整流/滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流/滤波电路和输出电压反馈电路组成。
图1-1-1 AC/DC开关电源的典型结构其中输入整流/滤波电路、功率变换电路、输出整流/滤波电路和PWM控制器电路是主要电路，其他为辅助电路。
有些开关电源中还有防雷击电路、输入过压/欠压保护电路、输出过压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等其他辅助电路。
2. DC/DC开关电源的组成DC/DC开关电源的组成相对AC/DC开关电源要简单一点，其典型结构如图1-1-2所示。
电源由输入滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流/滤波电路和输出电压反馈电路组成。
当然，有些DC/DC开关电源也会包含其他辅助电路。
图1-1-2 DC/DC开关电源的典型结构第二节开关电源的制作流程开关电源的设计与制作要从主电路开始，其中功率变换电路是开关电源的核心。
功率变换电路的结构也称开关电源拓扑结构，该结构有多种类型。
拓扑结构也决定了与之配套的PWM控制器和输出整流/滤波电路。
下面介绍开关电源设计与制作一般流程。
1.解定电路结构(DC/DC变换器的结构)无论是AC/DC开关电源还是DC/DC开关电源，其核心都是DC/DC变换器。
开关电源从原理图到PCB设计的流程解析
开关电源从原理图到PCB设计的流程解析描述一、从原理图到PCB的设计流程建立元件参数-输入原理网表-设计参数设置-手工布局-手工布线-验证设计-复查-CAM输出。
二、参数设置相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。
最小间距至少要能适合承受的电压，在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距，一般情况下将走线间距设为8mil。
焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。
当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。
三、元器件布局实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。
例如，如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声;由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，因此，在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法。
每一个开关电源都有四个电流回路：（1）。
电源开关交流回路（2）。
输出整流交流回路（3）。
输入信号源电流回路（4）。
输出负载电流回路输入回路通过一个近似直流的电流对输入电容充电，滤波电容主要起到一个宽带储能作用;类似地，输出滤波电容也用来储存来自输出整流器的高频能量，同时消除输出负载回路的直流能量。
所以，输入和输出滤波电容的接线端十分重要，输入及输出电流回路应分别只从滤波电容的接线端连接到电源;如果在输入/输出回路和电源开关/整流回路之间的连接无法与电容的接线端直接相连，交流能量将由输入或输出滤波电容并辐射到环境中去。
电源开关交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形电流，这些电流中谐波成分很高，其频率远大于开关基频，峰值幅度可高达持续输入/输出直流电流幅度的5倍，过渡时间通常约为50ns。
这两个回路最容易产生电磁干扰，因此必须在电源中其它印制线布线之前先布好这些交流回路，每个回路的三种主要的元件滤波电容、电源开关或整流器、电感或变压器应彼此相邻地进行放置，调整元件位置使它们之间的电流路径尽可能短。
如何一步一步设计开关电源？开关电源设计调试步骤全过程
如何一步一步设计开关电源？开关电源设计调试步骤全过程针对开关电源很多人觉得很难，其实不然。
设计一款开关电源并不难，难就难在做精，等你真正入门了，积累一定的经验，再采用分立的结构进行设计就简单多了。
万事开头难，笔者在这就抛砖引玉，慢慢讲解如何一步一步设计开关电源。
开关电源设计的第一步就是看规格，具体的很多人都有接触过，也可以提出来供大家参考，我帮忙分析。
在这里只带大家设计一款宽范围输入的，12V2A的常规隔离开关电源。
1、首先确定功率根据具体要求来选择相应的拓扑结构；这样的一个开关电源多选择反激式(flyback)基本上可以满足要求。
在这里我会更多的选择是经验公式来计算，有需要分析的，可以拿出来再讨论。
2、选择相应的PWMIC和MOS来进行初步的电路原理图设计当我们确定用flyback拓扑进行设计以后，我们需要选择相应的PWMIC和MOS来进行初步的电路原理图设计(sch)。
无论是选择采用分立式的还是集成的都可以自己考虑。
对里面的计算我还会进行分解。
分立式：PWMIC与MOS是分开的，这种优点是功率可以自由搭配，缺点是设计和调试的周期会变长（仅从设计角度来说）；集成式：就是将PWMIC与MOS集成在一个封装里，省去设计者很多的计算和调试分步，适合于刚入门或快速开发的环境。
3、做原理图确定所选择的芯片以后，开始做原理图(sch)，在这里我选用STVIPer53DIP(集成了MOS)进行设计。
设计前最好都先看一下相应的datasheet，确认一下简单的参数。
无论是选用PI的集成，或384x或OBLD等分立的都需要参考一下datasheet。
一般datasheet里都会附有简单的电路原理图，这些原理图是我们的设计依据。
4、确定相应的参数当我们将原理图完成以后，需要确定相应的参数才能进入下一步PCBLayout。
当然不同的公司不同的流程，我们需要遵守相应的流程，养成一个良好的设计习惯，这一步可能会有初步评估，原理图确认，等等，签核完毕后就可以进行计算了。
开关电源设计步骤
开关电源设计步骤开关电源设计步骤步骤1 确定开关电源的基本参数① 交流输入电压最小值umin② 交流输入电压最大值umax③ 电网频率Fl 开关频率f④ 输出电压VO(V):已知⑤ 输出功率PO(W):已知⑥ 电源效率η:一般取80%⑦ 损耗分配系数Z:Z表示次级损耗与总损耗的比值,Z=0表示全部损耗发生在初级,Z=1表示发生在次级.一般取Z=0.5步骤2 根据输出要求,选择反馈电路的类型以及反馈电压VFB步骤3 根据u,PO值确定输入滤波电容CIN、直流输入电压最小值VImin① 令整流桥的响应时间tc=3ms② 根据u,查处CIN值③ 得到Vimin确定CIN,VImin值u(V) PO(W) 比例系数(μF/W) CIN(μF) VImin(V)固定输入:100/115 已知 2~3 (2~3)×PO ≥90通用输入:85~265 已知 2~3 (2~3)×PO ≥90固定输入:230±35 已知 1 PO ≥240步骤4 根据u,确定VOR、VB① 根据u由表查出VOR、VB值② 由VB值来选择TVSu(V) 初级感应电压VOR(V) 钳位二极管反向击穿电压VB(V)固定输入:100/115 60 90通用输入:85~265 135 200固定输入:230±35 135 200步骤5 根据Vimin和VOR来确定最大占空比Dmax① 设定MOSFET的导通电压VDS(ON)② 应在u=umin时确定Dmax值,Dmax随u升高而减小步骤6 确定初级纹波电流IR与初级峰值电流IP的比值KRP,KRP=IR/IPu(V) KRP最小值(连续模式) 最大值(不连续模式)固定输入:100/115 0.4 1通用输入:85~265 0.4 1固定输入:230±35 0.6 1步骤7 确定初级波形的参数① 输入电流的平均值IAVG② 初级峰值电流IP③ 初级脉动电流IR④ 初级有效值电流IRMS步骤8 根据电子数据表和所需IP值 选择TOPSwitch芯片① 考虑电流热效应会使25℃下定义的极限电流降低10%,所选芯片的极限电流最小值ILIMIT(min)应满足:0.9 ILIMIT(min)≥IP步骤9和10 计算芯片结温Tj① 按下式结算:Tj＝[I2RMS×RDS(ON)+1/2×CXT×(VImax+VOR) 2 f ]×Rθ+25℃式中CXT是漏极电路结点的等效电容,即高频变压器初级绕组分布电容② 如果Tj>100℃,应选功率较大的芯片步骤11 验算IP IP=0.9ILIMIT(min)① 输入新的KRP且从最小值开始迭代,直到KRP=1② 检查IP值是否符合要求③ 迭代KRP=1或IP=0.9ILIMIT(min)步骤12 计算高频变压器初级电感量LP,LP单位为μH步骤13 选择变压器所使用的磁芯和骨架,查出以下参数:① 磁芯有效横截面积Sj(cm2),即有效磁通面积.② 磁芯的有效磁路长度l(cm)③ 磁芯在不留间隙时与匝数相关的等效电感AL(μH/匝2)④ 骨架宽带b(mm)步骤14 为初级层数d和次级绕组匝数Ns赋值① 开始时取d＝2(在整个迭代中使1≤d≤2)② 取Ns=1(100V/115V交流输入),或Ns=0.6(220V或宽范围交流输入)③ Ns=0.6×(VO+VF1)④ 在使用公式计算时可能需要迭代步骤15 计算初级绕组匝数Np和反馈绕组匝数NF① 设定输出整流管正向压降VF1② 设定反馈电路整流管正向压降VF2③ 计算NP④ 计算NF步骤16~步骤22 设定最大磁通密度BM、初级绕组电流密度J、磁芯的气隙宽度δ,进行迭代.① 设置安全边距M,在230V交流输入或宽范围输入时M=3mm,在110V/115V交流输入时M=1.5mm.使用三重绝缘线时M=0② 最大磁通密度BM=0.2~0.3T若BM>0.3T,需增加磁芯的横截面积或增加初级匝数NP,使BM在0.2~0.3T范围之内.如BM<0.2T,就应选择尺寸较小的磁芯或减小NP值.③ 磁芯气隙宽度δ≥0.051mmδ＝40πSJ(NP2/1000LP-1/1000AL)要求δ≥0.051mm,若小于此值,需增大磁芯尺寸或增加NP值.④ 初级绕组的电流密度J=(4~10)A/mm2若J>10A/mm2,应选较粗的导线并配以较大尺寸的磁芯和骨架,使J<10A/mm2.若J<4A/mm2,宜选较细的导线和较小的磁芯骨架,使J>4A/mm2;也可适当增加NP的匝数.⑤ 确定初级绕组最小直径(裸线)DPm(mm)⑥ 确定初级绕组最大外径(带绝缘层)DPM(mm)⑦ 根据初级层数d、骨架宽带b和安全边距M计算有效骨架宽带be(mm)be=d(b-2M)然后计算初级导线外径(带绝缘层)DPM:DPM＝be/NP步骤23 确定次级参数ISP、ISRMS、IRI、DSM、DSm① 次级峰值电流ISP(A) ISP=IP×(NP/NS)② 次级有效值电流ISRMS(A)③ 输出滤波电容上的纹波电流IRI(A)⑤ 次级导线最小直径(裸线)DSm(mm)⑥ 次级导线最大外径(带绝缘层)DSM(mm)步骤24 确定V(BR)S、V(BR)FB① 次级整流管最大反向峰值电压V(BR)SV(BR)S＝VO+VImax×NS/NP② 反馈级整流管最大反向峰值电压V(BR)FBV(BR)FB＝VFB+ VImax×NF/NP步骤25 选择钳位二极管和阻塞二极管步骤26 选择输出整流管步骤27 利用步骤23得到的IRI,选择输出滤波电容COUT① 滤波电容COUT在105℃、100KHZ时的纹波电流应≥IRI② 要选择等效串连电阻r0很低的电解电容③ 为减少大电流输出时的纹波电流IRI,可将几只滤波电容并联使用,以降低电容的r0值和等效电感L0④ COUT的容量与最大输出电流IOM有关步骤28~29 当输出端的纹波电压超过规定值时,应再增加一级LC滤波器① 滤波电感L=2.2~4.7μH.当IOM<1A时可采用非晶合金磁性材料制成的磁珠;大电流时应选用磁环绕制成的扼流圈.② 为减小L上的压降,宜选较大的滤波电感或增大线径.通常L=3.3μH③ 滤波电容C取120μF /35V,要求r0很小步骤30 选择反馈电路中的整流管步骤31 选择反馈滤波电容反馈滤波电容应取0.1μF /50V陶瓷电容器步骤32 选择控制端电容及串连电阻控制端电容一般取47μF /10V,采用普通电解电容即可.与之相串连的电阻可选6.2Ω、1/4W,在不连续模式下可省掉此电阻.步骤33选定反馈电路步骤34选择输入整流桥① 整流桥的反向击穿电压VBR≥1.25√2 umax③ 设输入有效值电流为IRMS,整流桥额定有效值电流为IBR,使IBR≥2IRMS.计算IRMS公式如下: cosθ为开关电源功率因数,一般为0.5~0.7,可取cosθ＝0.5步骤35 设计完毕在所有的相关参数中,只有3个参数需要在设计过程中进行检查并核对是否在允许的范围之内.它们是最大磁通密度BM(要求BM=0.2T~0.3T)、磁芯的气隙宽度δ(要求δ≥0.051mm)、初级电流密度J(规定J=4~10A/。
开关电源设计流程
率较大的开关电源一般使用半桥或者全桥变换器拓扑。
2.2.设计原理图，制作PCB印制板原理图设计时应考虑整体的元件布局，使阅读者一目了然。
在PCB印制板设计的过程中要严格按照国家的安全标准进行设计，同时需要重点考虑的噪声干扰包括：EM I 干扰、功率开关管产生的高频噪声。
PCB板的设计过程中应考虑到地线、高压线的电流密度，功率开关管的高频线与其它走线之间的距离，一般不小于3mm，元件的PCB封装与实际生产元件封装一致，以便于生产。
元件的放置符合美观、实用的标准；元件与元件之间应紧凑，以提高开关电源的功率密度，降低生产成本（特殊元件除外）。
2.3.变压器的设计变压器是整个开关电源的核心器件，所以变压器的设计及验证是非常重要的环节。
2.3.1.磁芯和骨架的选择当我们的电路拓扑选定后，就要确定电路的工作频率和变压器磁芯的尺寸大小，确保在变压器体积最小的情况先获得最大的输出功率。
首先我们确定需要的引脚数，变压器的输出、输入，辅助绕组的引脚来确定骨架的引脚数，输出有单路和多路，变压器一般采用夹绕的方法以增加线圈的耦合度。
其次选择磁芯材料是主要参考材料铁损（单位一般为毫瓦/立方厘米）随频率和峰值磁通密度变化的曲线。
大多数变压器的磁芯的材料为铁氧体，因为它有很高的电阻率，所以铁氧体的涡流损耗很低。
2.3.2.根据变压器计算公式计算变压器的初级线圈匝数变压器初级匝数计算公式：N P =Vin（min）×Ton（max）/（ΔB×Ae）NP：变压器初级线圈的匝数。
Vin（min）：输入直流电压的最小值（V）。
Ton（max）：功率开关管导通时间的最大值（S）。
Ae：磁芯面积（m22）。
ΔB：由磁芯本身材料决定。
一般取1600G，因为当震荡频率大于50KHz的时候，高损耗材料会产生过量的磁芯损耗，这就使可选择的Bmax值变小，因此经过对比选择增量ΔB的值为1600G(1G=10-4-4T)。
其中T on （max ）=（1/振荡频率）×D （D 为最大占空比，最大时一般取0.45）。
开关电源设计步骤
开关电源设计步骤
1.需求分析（100字）
在设计开关电源之前，首先需要明确设计的目标和需求。
这包括输出电压、输出电流、输入电压范围、效率要求、输出电流稳定性等。
根据不同的需求，确定开关电源的拓扑和参数。
2.电路设计（300字）
在进行电路设计之前，需要选择开关电源的拓扑结构。
常见的拓扑结构有Buck、Boost、Buck-Boost、Sepic等。
根据需求和所选拓扑结构，设计主要电路模块包括开关管、滤波电感、修正电容、输出滤波电容等。
3.电路实现（300字）
根据电路设计确定的电路参数，在电路板上布线，连接各个器件和元件。
布线时需考虑到电路的稳定性和抗干扰能力。
注意分离高压和低压区域，减少互相干扰。
4.性能评估（200字）
完成电路实现后，需要进行性能评估，检验设计是否满足预期需求。
主要评估指标包括输出电压稳定性、负载调整能力、效率、开关频率、静态功耗、温度等。
通过测试数据和实际情况进行比较，查找问题和优化空间。
5.优化（200字）
根据性能评估的结果和问题分析，进行电路的优化。
优化可以包括改进布线、更换元器件、调整控制策略等。
目的是提高电路的性能，使其更加稳定、高效和可靠。
总结：
开关电源设计步骤包括需求分析、电路设计、电路实现、性能评估和优化。
通过明确需求，选择合适的拓扑结构，并根据电路设计参数进行电路实现，然后进行性能评估和优化。
这些步骤相互关联，需要不断地调整和优化，以得到满足需求的高性能开关电源设计。
开关电源制作设计(电路原理图+PCB)
一、工作原理我们先熟悉一款开关电源的工作原理，该电源可输出5V电压，如图1所示。
1. 抗干扰电路在电网输入端首先设置一个NTC5D-9负温度系数热敏电阻，作用是保护后面的整流桥，刚开机时热敏电阻处于冷态，阻值比较大，可以限制输入电流，正常工作时，电阻比较小。
这样对开机时的浪涌电流起到有效的缓冲作用。
电容CY1、CY2、CY3、CY4用以滤除从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的不对称杂散信号，电容CX1、CX2用以滤除从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的对称杂散信号，用电感L1抑制从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的频率相同、相位相反的杂散干扰电流信号。
采用高频特性好的瓷片电容和铁芯电感，实现开关稳压电源电路中的高频辐射不污染工频电网和工频电网上的杂散电磁波不会窜入开关稳压电源电路中而干扰和影响其工作，对高频分量或工频的谐波分量具有急剧阻止通过功能，而对于几百赫兹以下的低频分量近似一条短路线。
图1 开关电源的工作原理图2. 整流滤波电路在电路中D1、D2、D3、D4组成全桥整流电路，把输入的交流电压进行全波整流，然后用C1进行滤波，最后变成直流输出供电电压，为后级的功率变换器供电，整流滤波后的电压约为300V。
3. UC3842供电与振荡300V的脉动直流电压，此电压经R12降压后给C4充电，供电UC3842的7脚，当C4的电压达到UC3842的启动电压门槛值时，UC3842开始工作并提供驱动脉冲，由6脚输出推动开关管工作。
一旦开关管工作，反馈绕组的能量经过D6整流，C4滤波，又供电到UC3842的7脚，这时可以不需要R12的启动了。
C9、R11接UC3842的定时端，和内部电路构成振荡电路，振荡的工作频率计算为：f=1.8/（Rt*Ct）代入数据可计算工作频率：f=68.18K4. 稳压电路该电路主要由精密稳压源T L 4 3 1 和线性光耦P C 8 1 7 组成，假设输出电压↑→经过R 1 6 、R 1 9 、R20、RES3的取样电压↑→TL431的1脚电压↑，当该脚电压大于TL431的基准电压2.5V时，TL431的2、3脚导通，→通过光电耦合到UC3842的2脚，于是UC3842的6脚驱动脉冲的占空比↓→开关变压器T1绕组上的能量↓→输出电压↓，达到稳压作用；反之，假设输出电压下降，则稳压过程与上相反。
开关电源设计全过程
开关电源设计全过程1 目的希望以简短的篇幅,将公司目前设计的流程做介绍,若有介绍不当之处,请不吝指教.2 设计步骤:2.1 绘线路图、PCB Layout.2.2 变压器计算.2.3 零件选用.2.4 设计验证.3 设计流程介绍(以DA-14B33为例):3.1 线路图、PCB Layout请参考资识库中说明.3.2 变压器计算:变压器是整个电源供应器的重要核心,所以变压器的计算及验証是很重要的,以下即就DA-14B33变压器做介绍.3.2.1 决定变压器的材质及尺寸:依据变压器计算公式B(max) = 铁心饱合的磁通密度(Gauss)Lp = 一次侧电感值(uH)Ip = 一次侧峰值电流(A)Np = 一次侧(主线圈)圈数Ae = 铁心截面积(cm2)B(max) 依铁心的材质及本身的温度来决定,以TDK Ferrite Core PC40为例,100℃时的B(max)为3900 Gauss,设计时应考虑零件误差,所以一般取3000~3500 Gauss之间,若所设计的power为Adapter(有外壳)则应取3000 Gauss左右,以避免铁心因高温而饱合,一般而言铁心的尺寸越大,Ae越高,所以可以做较大瓦数的Power.3.2.2 决定一次侧滤波电容:滤波电容的决定,可以决定电容器上的Vin(min),滤波电容越大,Vin(win)越高,可以做较大瓦数的Power,但相对价格亦较高.3.2.3 决定变压器线径及线数:当变压器决定后,变压器的Bobbin即可决定,依据Bobbin的槽宽,可决定变压器的线径及线数,亦可计算出线径的电流密度,电流密度一般以6A/mm2为参考,电流密度对变压器的设计而言,只能当做参考值,最终应以温昇记录为准.3.2.4 决定Duty cycle (工作週期):由以下公式可决定Duty cycle ,Duty cycle的设计一般以50%为基准,Duty cycle若超过50%易导致振盪的发生. NS = 二次侧圈数NP = 一次侧圈数V o = 输出电压VD= 二极体顺向电压Vin(min) = 滤波电容上的谷点电压D = 工作週期(Duty cycle)3.2.5 决定Ip值:Ip = 一次侧峰值电流Iav = 一次侧平均电流Pout = 输出瓦数效率PWM震盪频率3.2.6 决定辅助电源的圈数:依据变压器的圈比关係,可决定辅助电源的圈数及电压.3.2.7 决定MOSFET及二次侧二极体的Stress(应力):依据变压器的圈比关係,可以初步计算出变压器的应力(Stress)是否符合选用零件的规格,计算时以输入电压264V(电容器上为380V)为基准.3.2.8 其它:若输出电压为5V以下,且必须使用TL431而非TL432时,须考虑多一组绕组提供Photo coupler及TL431使用.3.2.9 将所得资料代入公式中,如此可得出B(max),若B(max)值太高或太低则参数必须重新调整.3.2.10 DA-14B33变压器计算:输出瓦数13.2W(3.3V/4A),Core = EI-28,可绕面积(槽宽)=10mm,Margin Tape = 2.8mm(每边),剩馀可绕面积=4.4mm.假设fT = 45 KHz ,Vin(min)=90V, =0.7,P.F.=0.5(cosθ),Lp=1600 Uh计算式:变压器材质及尺寸:由以上假设可知材质为PC-40,尺寸=EI-28,Ae=0.86cm2,可绕面积(槽宽)=10mm,因Margin Tape使用2.8mm,所以剩馀可绕面积为4.4mm.假设滤波电容使用47uF/400V,Vin(min)暂定90V.决定变压器的线径及线数:假设NP使用0.32ψ的线电流密度=可绕圈数=假设Secondary使用0.35ψ的线电流密度=假设使用4P,则电流密度=可绕圈数=决定Duty cy cle:假设Np=44T,Ns=2T,VD=0.5(使用schottky Diode)决定Ip值:决定辅助电源的圈数:假设辅助电源=12VNA1=6.3圈假设使用0.23ψ的线可绕圈数=若NA1=6Tx2P,则辅助电源=11.4V决定MOSFET及二次侧二极体的Stress(应力):MOSFET(Q1) =最高输入电压(380V)+ ==463.6VDiode(D5)=输出电压(V o)+ x最高输入电压(380V)==20.57VDiode(D4)== =41.4V其它:因为输出为3.3V,而TL431的Vref值为2.5V,若再加上photo coupler上的压降约1.2V,将使得输出电压无法推动Photo coupler及TL431,所以必须另外增加一组线圈提供迴授路径所需的电压.假设NA2 = 4T使用0.35ψ线,则可绕圈数= ,所以可将NA2定为4Tx2P变压器的接线图:3.3 零件选用:零件位置(标注)请参考线路图: (DA-14B33 Schematic)3.3.1 FS1:由变压器计算得到Iin值,以此Iin值(0.42A)可知使用公司共用料2A/250V,设计时亦须考虑Pin(max)时的Iin是否会超过保险丝的额定值.3.3.2 TR1(热敏电阻):电源启动的瞬间,由于C1(一次侧滤波电容)短路,导致Iin电流很大,虽然时间很短暂,但亦可能对Power产生伤害,所以必须在滤波电容之前加装一个热敏电阻,以限制开机瞬间Iin在Spec之内(115V/30A,230V/60A),但因热敏电阻亦会消耗功率,所以不可放太大的阻值(否则会影响效率),一般使用SCK053(3A/5Ω),若C1电容使用较大的值,则必须考虑将热敏电阻的阻值变大(一般使用在大瓦数的Power上).3.3.3 VDR1(突波吸收器):当雷极发生时,可能会损坏零件,进而影响Power的正常动作,所以必须在靠AC输入端(Fuse之后),加上突波吸收器来保护Power(一般常用07D471K),但若有价格上的考量,可先忽略不装.3.3.4 CY1,CY2(Y-Cap):Y-Cap一般可分为Y1及Y2电容,若AC Input有FG(3 Pin)一般使用Y2- Cap , AC Input若为2Pin(只有L,N)一般使用Y1-Cap,Y1与Y2的差异,除了价格外(Y1较昂贵),绝缘等级及耐压亦不同(Y1称为双重绝缘,绝缘耐压约为Y2的两倍,且在电容的本体上会有“回”符号或注明Y1),此电路因为有FG所以使用Y2-Cap,Y-Cap会影响EMI 特性,一般而言越大越好,但须考虑漏电及价格问题,漏电(Leakage Current )必须符合安规须求(3Pin公司标准为750uA max).3.3.5 CX1(X-Cap)、RX1:X-Cap为防制EMI零件,EMI可分为Conduction及Radiation两部分,Conduction规范一般可分为: FCC Part 15J Class B 、CISPR 22(EN55022) Class B 两种, FCC测试频率在450K~30MHz,CISPR 22测试频率在150K~30MHz, Conduction可在厂内以频谱分析仪验证,Radiation 则必须到实验室验证,X-Cap 一般对低频段(150K ~ 数M之间)的EMI防制有效,一般而言X-Cap愈大,EMI防制效果愈好(但价格愈高),若X-Cap在0.22uf 以上(包含0.22uf),安规规定必须要有洩放电阻(RX1,一般为1.2MΩ1/4W).3.3.6 LF1(Common Choke):EMI防制零件,主要影响Conduction 的中、低频段,设计时必须同时考虑EMI特性及温昇,以同样尺寸的Common Choke而言,线圈数愈多(相对的线径愈细),EMI防制效果愈好,但温昇可能较高.3.3.7 BD1(整流二极体):将AC电源以全波整流的方式转换为DC,由变压器所计算出的Iin值,可知只要使用1A/600V的整流二极体,因为是全波整流所以耐压只要600V即可.3.3.8 C1(滤波电容):由C1的大小(电容值)可决定变压器计算中的Vin(min)值,电容量愈大,Vin(min)愈高但价格亦愈高,此部分可在电路中实际验证Vin(min)是否正确,若AC Input 范围在90V~132V (Vc1 电压最高约190V),可使用耐压200V的电容;若AC Input 范围在90V~264V(或180V~264V),因Vc1电压最高约380V,所以必须使用耐压400V的电容. Re:开关电方设计 过祘3.3.9 D2(辅助电源二极体):整流二极体,一般常用FR105(1A/600V)或BYT42M(1A/1000V),两者主要差异:1. 耐压不同(在此处使用差异无所谓)2. VF不同(FR105=1.2V,BYT42M=1.4V)3.3.10 R10(辅助电源电阻):主要用于调整PWM IC的VCC电压,以目前使用的3843而言,设计时VCC必须大于8.4V(Min. Load时),但为考虑输出短路的情况,VCC电压不可设计的太高,以免当输出短路时不保护(或输入瓦数过大).3.3.11 C7(滤波电容):辅助电源的滤波电容,提供PWM IC较稳定的直流电压,一般使用100uf/25V电容.3.3.12 Z1(Zener 二极体):当回授失效时的保护电路,回授失效时输出电压冲高,辅助电源电压相对提高,此时若没有保护电路,可能会造成零件损坏,若在3843 VCC与3843 Pin3脚之间加一个Zener Diode,当回授失效时Zener Diode会崩溃,使得Pin3脚提前到达1V,以此可限制输出电压,达到保护零件的目的.Z1值的大小取决于辅助电源的高低,Z1的决定亦须考虑是否超过Q1的VGS耐压值,原则上使用公司的现有料(一般使用1/2W即可).3.3.13 R2(启动电阻):提供3843第一次启动的路径,第一次启动时透过R2对C7充电,以提供3843 VCC所需的电压,R2阻值较大时,turn on的时间较长,但短路时Pin瓦数较小,R2阻值较小时,turn on的时间较短,短路时Pin瓦数较大,一般使用220KΩ/2W M.O..3.3.14 R4 (Line Compensation):高、低压补偿用,使3843 Pin3脚在90V/47Hz及264V/63Hz接近一致(一般使用750KΩ~1.5MΩ1/4W之间). 3.3.15 R3,C6,D1 (Snubber):此三个零件组成Snubber,调整Snubber的目的:1.当Q1 off瞬间会有Spike产生,调整Snubber可以确保Spike不会超过Q1的耐压值,2.调整Snubber可改善EMI.一般而言,D1使用1N4007(1A/1000V)EMI特性会较好.R3使用2W M.O.电阻,C6的耐压值以两端实际压差为准(一般使用耐压500V的陶质电容).3.3.16 Q1(N-MOS):目前常使用的为3A/600V及6A/600V两种,6A/600V的RDS(ON)较3A/600V小,所以温昇会较低,若IDS电流未超过3A,应该先以3A/600V为考量,并以温昇记录来验证,因为6A/600V的价格高于3A/600V许多,Q1的使用亦需考虑VDS是否超过额定值.3.3.17 R8:R8的作用在保护Q1,避免Q1呈现浮接状态.3.3.18 R7(Rs电阻):3843 Pin3脚电压最高为1V,R7的大小须与R4配合,以达到高低压平衡的目的,一般使用2W M.O.电阻,设计时先决定R7后再加上R4补偿,一般将3843 Pin3脚电压设计在0.85V~0.95V之间(视瓦数而定,若瓦数较小则不能太接近1V,以免因零件误差而顶到1V).3.3.19 R5,C3(RC filter):滤除3843 Pin3脚的杂讯,R5一般使用1KΩ1/8W,C3一般使用102P/50V的陶质电容,C3若使用电容值较小者,重载可能不开机(因为3843 Pin3瞬间顶到1V);若使用电容值较大者,也许会有轻载不开机及短路Pin过大的问题.3.3.20 R9(Q1 Gate电阻):R9电阻的大小,会影响到EMI及温昇特性,一般而言阻值大,Q1 turn on / turn off的速度较慢,EMI特性较好,但Q1的温昇较高、效率较低(主要是因为turn off速度较慢);若阻值较小, Q1 turn on / turn off的速度较快,Q1温昇较低、效率较高,但EMI较差,一般使用51Ω-150Ω1/8W.3.3.21 R6,C4(控制振盪频率):决定3843的工作频率,可由Data Sheet得到R、C组成的工作频率,C4一般为10nf的电容(误差为5%),R6使用精密电阻,以DA-14B33为例,C4使用103P/50V PE电容,R6为3.74KΩ1/8W精密电阻,振盪频率约为45 KHz.3.3.22 C5:功能类似RC filter,主要功用在于使高压轻载较不易振盪,一般使用101P/50V陶质电容.3.3.23 U1(PWM IC):3843是PWM IC的一种,由Photo Coupler (U2)回授信号控制Duty Cycle的大小,Pin3脚具有限流的作用(最高电压1V),目前所用的3843中,有KA3843(SAMSUNG)及UC3843BN(S.T.)两种,两者脚位相同,但产生的振盪频率略有差异,UC3843BN较KA3843快了约2KHz,fT的增加会衍生出一些问题(例如:EMI问题、短路问题),因KA3843较难买,所以新机种设计时,儘量使用UC3843BN.3.3.24 R1、R11、R12、C2(一次侧迴路增益控制):3843内部有一个Error AMP(误差放大器),R1、R11、R12、C2及Error AMP组成一个负回授电路,用来调整迴路增益的稳定度,迴路增益,调整不恰当可能会造成振盪或输出电压不正确,一般C2使用立式积层电容(温度持性较好).3.3.25 U2(Photo coupler)光耦合器(Photo coupler)主要将二次侧的信号转换到一次侧(以电流的方式),当二次侧的TL431导通后,U2即会将二次侧的电流依比例转换到一次侧,此时3843由Pin6 (output)输出off的信号(Low)来关闭Q1,使用Photo coupler 的原因,是为了符合安规需求(primacy to secondary的距离至少需5.6mm).3.3.26 R13(二次侧迴路增益控制):控制流过Photo coupler的电流,R13阻值较小时,流过Photo coupler的电流较大,U2转换电流较大,迴路增益较快(需要确认是否会造成振盪),R13阻值较大时,流过Photo coupler的电流较小,U2转换电流较小,迴路增益较慢,虽然较不易造成振盪,但需注意输出电压是否正常.3.3.27 U3(TL431)、R15、R16、R18调整输出电压的大小, ,输出电压不可超过38V(因为TL431 VKA最大为36V,若再加Photo coupler的VF值,则V o 应在38V以下较安全),TL431的Vref为2.5V,R15及R16并联的目的使输出电压能微调,且R15与R16并联后的值不可太大(儘量在2KΩ以下),以免造成输出不准.3.3.28 R14,C9(二次侧迴路增益控制):控制二次侧的迴路增益,一般而言将电容放大会使增益变慢;电容放小会使增益变快,电阻的特性则刚好与电容相反,电阻放大增益变快;电阻放小增益变慢,至于何谓增益调整的最佳值,则可以Dynamic load来量测,即可取得一个最佳值.3.3.29 D4(整流二极体):因为输出电压为 3.3V,而输出电压调整器(Output V oltage Regulator)使用TL431(Vref=2.5V)而非TL432(Vref=1.25V),所以必须多增加一组绕组提供Photo coupler及TL431所需的电源,因为U2及U3所需的电流不大(约10mA左右),二极体耐压值100V即可,所以只需使用1N4148(0.15A/100V).3.3.30 C8(滤波电容):因为U2及U3所需的电流不大,所以只要使用1u/50V即可.3.3.31 D5(整流二极体):输出整流二极体,D5的使用需考虑:a. 电流值b. 二极体的耐压值以DA-14B33为例,输出电流4A,使用10A的二极体(Schottky)应该可以,但经点温昇验証后发现D5温度偏高,所以必须换为15A的二极体,因为10A的VF较15A的VF 值大.耐压部分40V经验証后符合,因此最后使用15A/40V Schottky.3.3.32 C10,R17(二次侧snubber) :D5在截止的瞬间会有spike产生,若spike超过二极体(D5)的耐压值,二极体会有被击穿的危险,调整snubber可适当的减少spike的电压值,除保护二极体外亦可改善EMI,R17一般使用1/2W的电阻,C10一般使用耐压500V的陶质电容,snubber调整的过程(264V/63Hz)需注意R17,C10是否会过热,应避免此种情况发生.3.3.33 C11,C13(滤波电容):二次侧第一级滤波电容,应使用内阻较小的电容(LXZ,YXA…),电容选择是否洽当可依以下三点来判定:a. 输出Ripple电压是符合规格b. 电容温度是否超过额定值c. 电容值两端电压是否超过额定值3.3.34 R19(假负载):适当的使用假负载可使线路更稳定,但假负载的阻值不可太小,否则会影响效率,使用时亦须注意是否超过电阻的额定值(一般设计只使用额定瓦数的一半).3.3.35 L3,C12(LC滤波电路):LC滤波电路为第二级滤波,在不影响线路稳定的情况下,一般会将L3 放大(电感量较大),如此C12可使用较小的电容值.4 设计验証:(可分为三部分)a. 设计阶段验証b. 样品製作验証c. QE验証4.1 设计阶段验証设计实验阶段应该养成记录的习惯,记录可以验証实验结果是否与电气规格相符,以下即就DA-14B33设计阶段验証做说明(验証项目视规格而定).4.1.1 电气规格验証:4.1.1.1 3843 PIN3脚电压(full load 4A) :90V/47Hz = 0.83V115V/60Hz = 0.83V132V/60Hz = 0.83V180V/60Hz = 0.86V230V/60Hz = 0.88V264V/63Hz = 0.91V4.1.1.2 Duty Cycle , fT:4.1.1.3 Vin(min) = 100V (90V / 47Hz full load)4.1.1.4 Stress (264V / 63Hz full load) :Q1 MOSFET:4.1.1.5 辅助电源(开机,满载)、短路Pin max.:4.1.1.6 Static (full load)Pin(w) Iin(A) Iout(A) Vout(V) P.F. Ripple(mV) Pout(w) eff90V/47Hz 18.7 0.36 4 3.30 0.57 32 13.22 70.7115V/60Hz 18.6 0..31 4 3.30 0.52 28 13.22 71.1132V/60Hz 18.6 0.28 4 3.30 0.50 29 13.22 71.1180V/60Hz 18.7 0.21 4 3.30 0.49 30 13.23 70.7230V/60Hz 18.9 0.18 4 3.30 0.46 29 13.22 69.9264V/60Hz 19.2 0.16 4 3.30 0.45 29 13.23 68.94.1.1.7 Full Range负载(0.3A-4A)(验証是否有振盪现象)4.1.1.8 回授失效(输出轻载)V out = 8.3V 90V/47HzV out = 6.03V 264V/63Hz4.1.1.9 O.C.P.(过电流保护)90V/47Hz = 7.2A264V/63Hz = 8.4A4.1.1.10 Pin(max.)90V/47Hz = 24.9W264V/63Hz = 27.1W4.1.1.11 Dynamic testH=4A,t1=25ms,slew Rate = 0.8A/ms (Rise)L=0.3A,t2=25ms,slew Rate = 0.8A/ms (Full)90V/47Hz264V/63Hz4.1.1.12 HI-POT test:HI-POT test一般可分为两种等级:输入为3 Pin(有FG者),HI-POT test为1500Vac/1 minute.Y-CAP使用Y2-CAP输入为2 Pin(无FG者),HI-POT test为3000Vac/1 minute.Y-CAP使用Y1-CAPDA-14B33属于输入3 PIN HI-POT test 为1500Vac/1 minute.4.1.1.13 Grounding test:输入为3 Pin(有FG者),一般均要测接地阻(Grounding test),安规规定FG到输出线材(输出端)的接地电阻不能超过100MΩ(2.5mA/3 Second).4.1.1.14 温昇记录设计实验定桉后(暂定),需针对整体温昇及EMI做评估,若温昇或EMI无法符合规格,则需重新实验.温昇记录请参考附件,D5原来使用BYV118(10A/40V Schottky barrier 肖特基二极管),因温昇较高改为PBYR1540CTX(15A/40V).4.1.1.15 EMI测试:EMI测试分为二类:Conduction(传导干扰)Radiation(幅射干扰)前者视规范不同而有差异(FCC : 450K - 30MHz,CISPR 22 :150K - 30MHz),前者可利用厂内的频谱分析仪验証;后者(范围由30M - 300MHz,则因厂内无设备必须到实验室验証,Conduction,Radiation测试资料请参考附件) .4.1.1.16 机构尺寸:设计阶段即应对机构尺寸验証,验証的项目包括: PCB尺寸、零件限高、零件禁置区、螺丝孔位置及孔径、外壳孔寸….,若设计阶段无法验証,则必须在样品阶段验証.4.1.2 样品验証:样品製作完成后,除温昇记录、EMI测试外(是否需重新验証,视情况而定),每一台样品都应经过验証(包括电气及机构尺寸),此阶段的电气验証可以以ATE(Chroma)测试来完成,ATE测试必须与电气规格相符.4.1.3 QE验証:QE针对工程部所提供的样品做验証,工程部应提供以下交件及样品供QE验証.。
开关电源的系统设计步骤
开关电源的系统设计步骤一、布局设计脉冲电压连线尽可能短，其中输入开关管到变压器连线，输出变压器到整流管连接线。
脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。
输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变压器电路中X电容要尽量接近开关电源输入端，输入线应避免与其他电路平行，应避开。
Y电容应放置在机壳接地端子或FG连接端。
共摸电感应与变压器保持一定距离，以避免磁偶合。
如不好处理可在共摸电感与变压器间加一屏蔽，以上几项对开关电源的EMC性能影响较大。
输出电容一般可采用两只一只靠近整流管另一只应靠近输出端子，可影响电源输出纹波指标，两只小容量电容并联效果应优于用一只大容量电容。
发热器件要和电解电容保持一定距离，以延长整机寿命，电解电容是开关电源寿命的瓶劲，如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离，电解之间也须留出散热空间，条件允许可将其放置在进风口。
控制部分要注意：高阻抗弱信号电路连线要尽量短如取样反馈环路，在处理时要尽量避免其受干扰、电流取样信号电路，特别是电流控制型电路，处理不好易出现一些想不到的意外，其中有一些技巧，现以3843电路举例见图（1）图一效果要好于图二，图二在满载时用示波器观测电流波形上明显叠加尖刺，由于干扰限流点比设计值偏低，图一则没有这种现象、还有开关管驱动信号电路，开关管驱动电阻要靠近开关管，可提高开关管工作可靠性，这和功率 MOSFET高直流阻抗电压驱动特性有关。
二、印制板铜皮走线的一些事项：走线电流密度：现在多数电子线路采用绝缘板缚铜构成。
常用线路板铜皮厚度为35μm，走线可按照1A/mm经验值取电流密度值，具体计算可参见教科书。
为保证走线机械强度原则线宽应大于或等于0.3mm（其他非电源线路板可能最小线宽会小一些）。
铜皮厚度为70μm 线路板也常见于开关电源，那么电流密度可更高些。
补充一点，现常用线路板设计工具软件一般都有设计规范项，如线宽、线间距，旱盘过孔尺寸等参数都可以进行设定。
开关电源设计全过程资料
开关电源设计全过程资料一、开关电源的基本原理开关电源是一种利用电子技术将交流电转换为直流电的电源装置。
其基本原理是通过对交流电进行整流、滤波、转换和稳压等处理，得到稳定的直流电输出。
二、开关电源的设计步骤1.确定电源的输入和输出要求首先确定所需电源的输入电压范围、输出电压和电流要求。
根据具体应用需求，选择合适的输入电压范围，确定输出电压和电流的设计值。
2.选择开关电源拓扑结构常见的开关电源拓扑结构有单端式、双端式、反激式、谐振式等。
根据实际需求，选择适合的拓扑结构。
3.开关电源原件的选取与设计根据拓扑结构的选择，选取合适的元件，如开关管、二极管、电感、电容等。
根据电流和功率的要求，计算电感和电容的数值。
同时，设计控制电路，包括开关频率、占空比等参数的确定。
4.稳压控制电路设计开关电源中稳压控制电路起到保持输出电压稳定的作用。
根据选择的拓扑结构和需求，设计合适的稳压控制电路，如比例积分稳压控制电路、反馈稳压控制电路等。
5.保护电路设计6.电路板设计根据电路设计完成电路板的布局设计和走线设计。
保证电路板的贴片电容、电感等元件的布局合理，走线紧凑，避免干扰和散热问题。
7.原型机制作与测试根据设计的电路板完成原型机的组装与焊接。
进行相应的测试：包括电源输出电压、电流的测量，以及各项保护功能的测试。
8.优化与调整测试后，根据测试结果进行相应的优化与调整工作，包括稳压性能的调整，保护功能的完善等。
三、常见问题及解决方案1.输出电压波动过大：可以通过增加滤波电容、提高稳压控制电路的准确度等方法来降低输出电压波动。
2.开关管损坏：可以通过增加过流保护电路、过压保护电路等来提高开关管的可靠性。
3.效率低：可以通过优化开关频率、增加反馈环路稳定电路等方法来提高开关电源的效率。
四、开关电源设计的一般流程1.确定输入输出电压和电流；2.选择拓扑结构；3.选取合适的原件并进行设计；4.设计稳压控制电路；5.设计保护电路；6.进行电路板设计；7.制作原型机并测试；8.优化与调整。
开关电源设计
开关电源设计
开关电源是一种能将交流电变换成直流电的电源设备，具有较高的转换效率和稳定性。
本文将探讨开关电源设计的一般原则和步骤。
开关电源设计的一般原则是确保高效转换和稳定输出。
以下是一般的开关电源设计步骤：
1. 确定输出电压和电流要求：需要根据应用需求确定输出电压和电流，以便选择合适的电源芯片和元件。
2. 选择开关电源IC：根据输出电压和电流要求，选择适当的开关电源芯片。
一般来说，选择具有高转换效率、稳定性和保护功能的芯片。
3. 设计输入电路：设计输入电路以满足电源IC的输入电压要求。
一般来说，输入电路需要包括稳压器、滤波电容和过流过压保护电路。
4. 设计变换电路：设计变换电路以将输入电压转换为所需输出电压。
这个步骤包括选择合适的电感和电容元件，以及确定开关频率和占空比。
5. 设计输出电路：设计输出电路以满足输出电压和电流要求。
输出电路需要包括滤波电容和稳压器，以确保输出电压的稳定性。
6. 进行稳定性和保护性设计：根据应用需求，设计稳定性和保护性电路，如过热保护、过载保护和短路保护。
7. 进行性能测试和调整：制作样机后，进行性能测试和调整，以确保设计满足要求。
开关电源设计不仅需要掌握电路原理和元件特性，还需要了解开关电源芯片的使用和调整方法。
因此，设计师需要具备电子电路设计的基础知识和经验。
开关电源设计的关键在于坚持高效转换和稳定输出的原则，通过合理选择元件和调整参数，确保设计的开关电源满足应用需求。
同时，还需要注意保护设计和电磁兼容性的考虑，确保开关电源的稳定性和可靠性。
12v开关电源方案
12v开关电源方案开关电源是一种常见的电源类型，广泛应用于各种电子设备中。
本文将介绍一种12V开关电源方案，详细描述其设计和实施过程。
I. 方案概述本方案旨在设计一个高效可靠的12V开关电源，以满足不同类型电子设备的供电需求。
方案包括以下几个方面：输入端的AC/DC转换模块、开关电源控制芯片、输出端的滤波电路和保护电路等。
II. 输入端设计输入端需要将交流电源转换为直流电源，提供给开关电源的输入端。
选择一款合适的AC/DC转换模块，其输入电压范围应在市电标准工作电压范围内，同时具备过压、过流和短路保护功能。
输入端还应连接滤波电容，以消除输入电源中的噪声并提供稳定的电压。
III. 开关电源控制芯片选择一款高性能的开关电源控制芯片，其具备过流保护、过压保护和过温保护等功能。
该芯片的设计应考虑电源效率和输出稳定性，同时支持外部调节输出电压。
在设计过程中，应仔细参考芯片厂商提供的数据手册和应用指南，确保设计的安全可靠。
IV. 输出端设计输出端需要提供稳定的12V直流电压。
为了保证输出电压的稳定性，可以采用LC滤波电路，包括电感和电容器，用于滤除输出中的高频噪声。
根据实际需求，可以增加多组输出端口，分别供给不同的电子设备。
V. 保护电路设计保护电路是保证开关电源稳定可靠工作的关键。
常见的保护功能包括过流保护、过压保护、过温保护以及短路保护等。
这些保护电路可以通过选择合适的保护元器件和调整参数设置来实现。
当出现异常情况时，保护电路将会触发，切断电源或提醒用户进行相应的处理。
VI. 效率和功率因数在设计过程中，应注重开关电源的效率和功率因数。
电源的效率直接影响其能量的利用率，高效率的设计有助于降低功耗和散热。
功率因数是衡量电源对电网的负载能力的重要指标，高功率因数设计有助于减少对电网的干扰。
VII. 安全性和可靠性考虑在设计开关电源时，安全性和可靠性是至关重要的。
应考虑使用符合安全标准的元器件和材料，并进行必要的安全测试和认证。
反激式开关电源设计详细流程
反激式开关电源设计详细流程1.确定需求：首先要明确设计电源的输入电压和输出电流的需求，以及设计的环境条件，如工作温度范围和工作效率等。
2.选择主要元器件：根据需求确定选择适配器的主要元器件，包括变压器、MOSFET、二极管、电感器、电容器等。
3.设计变压器：变压器是反激式开关电源中的一个重要元器件，主要功能是提供电源输出的隔离和变压功能。
根据需求设计变压器的变比和功率，确定铁芯材料和绕线参数，如线径和绕线圈数等。
4.选择MOSFET：MOSFET是电源开关的关键元器件，它需要具备低导通和开关损耗、高效率和可靠性等特点。
根据需求选择合适的MOSFET，通过计算和模拟分析确定导通和关断时的最大功率损耗。
5.设计电感器和电容器：电感器和电容器用于滤波和稳压，通过计算和模拟模拟设计电流和电压波形，选择合适的电感值和电容值，以保证输出电流和电压的稳定。
6.设计控制电路：根据反激式开关电源的工作原理，设计适当的控制电路，用于控制开关管的导通和关断。
控制电路包括脉宽调制（PWM）控制和电流/电压反馈控制，以确保输出电流和电压的稳定和可靠。
7.选择和设计保护电路：反激式开关电源需要一些保护电路，如过压保护、过流保护、短路保护等。
根据设计需求选择合适的保护元器件和电路，以防止电源和被供电设备的损坏。
8.PCB设计：根据电路设计和布局要求进行PCB设计，包括元器件的布局、走线、线宽、间距等。
同时要考虑电磁兼容性（EMC）和热管理的问题。
9.原理图和PCB布线优化：通过仿真软件对电路进行仿真和优化，优化电路的参数和特性，如输出电压波形、效率和稳定性等。
10.系统测试与调试：完成PCB的制作和组装后，进行系统测试与调试，测试电源的输出性能、稳定性和保护功能等，并进行必要的调整和优化。
11.电源性能评估：对设计的电源进行性能评估，包括效率、功率因数、纹波和噪声等，以确保其符合设计要求和行业标准。
12.生产和质量控制：根据设计要求进行电源的批量生产，并进行质量控制，包括检测和测试，以确保产品的质量和可靠性。
开关电源设计要领及设计全过程
1 目的 希望以简短的篇幅，将公司目前设计的流程做介绍，若有介绍不当之处，请不吝指教.
2
设计步骤: 2.1 2.2 2.3 2.4 绘线路图、PCB Layout. 变压器计算. 零件选用. 设计验证.
3
设计流程介绍(以 DA-14B33 为例): 3.1 3.2 线路图、PCB Layout 请参考资识库中说 . 变压器计算: 变压器是整个电源供应器的重要核心，所以变压器的计算及验证是很重要的，以下即就 DA-14B33 变压器做介绍. 3.2.1 决定变压器的材质及尺寸: 依据变压器计算公式
3.2.10
DA-14B33 变压器计算: 输出瓦数 13.2W(3.3V/4A)，Core = EI-28，可绕面积(槽宽)=10mm，Margin Tape = 2.8mm(每边)，剩余 可绕面积=4.4mm. 假设fT = 45 KHz ，Vin(min)=90V， η =0.7，P.F.=0.5(cosθ)，Lp=1600 Uh
3.3.9
D2(辅助电源二极管): 整流二极管，一般常用 FR105(1A/600V)或 BYT42M(1A/1000V)，两者主要差异: 1. 耐压不同(在此处使用差异无所谓) 2. VF不同(FR105=1.2V，BYT42M=1.4V)
3.2.4
决定 Duty cycle (工作周期): 由以下公式可决定 Duty cycle ， Duty cycle 的设计一般以 50%为基准， Duty cycle 若超过 50%易导致振 荡的发生。
Ns (Vo + V D ) x(1 − D) = Np Vin(min) xD
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設計流程簡介
4.4 = 11.57圈 (0.35 + 0.03)
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【开篇】
针对开关电源很多人觉得难，主要是理论与实践相结合；万事开头难，我在这里只能算抛砖引玉，慢慢讲解如何设计，有任何技术问题可以随时打断，我将尽力来进行解答。
设计一款开关电源并不难，难就难在做精；我也不是一个很精熟的工程师，只能算一个领路人。
希望大家喜欢大家一起努力!!
【第一步】
开关电源设计的第一步就是看规格，具体的很多人都有接触过；也可以提出来供大家参考，我帮忙分析。
我只带大家设计一款宽范围输入的，12V2A 的常规隔离开关电源
1. 首先确定功率，根据具体要求来选择相应的拓扑结构；这样的一个开关电源多选择反激式(flyback) 基本上可以满足要求
备注一个，在这里我会更多的选择是经验公式来计算，有需要分析的，可以拿出来再讨论【第二步】
2.当我们确定用flyback 拓扑进行设计以后，我们需要选择相应的PWM IC 和MOS 来进行初步的电路原理图设计(sch)
无论是选择采用分立式的还是集成的都可以自己考虑。
对里面的计算我还会进行分解
分立式：PWM IC 与MOS 是分开的，这种优点是功率可以自由搭配，缺点是设计和调试的周期会变长（仅从设计角度来说）
集成式：就是将PWM IC 与MOS 集成在一个封装里，省去设计者很多的计算和调试分步，适合于刚入门或快速开发的环境
集成式，多是指PWM controller 和power switch 集成在一起的芯片
不限定于是PSR 还是SSR
【第三步】
3. 确定所选择的芯片以后，开始做原理图(sch)，在这里我选用ST VIPer53DIP(集成了MOS) 进行设计，原因为何(因为我们是销售这一颗芯片的)？
设计之前最好都先看一下相应的datasheet，自己确认一下简单的参数
无论是选用PI 的集成，或384x 或OB LD 等分立的都需要参考一下datasheet
一般datasheet 里都会附有简单的电路原理图，这些原理图是我们的设计依据
【第四步】
4. 当我们将原理图完成以后，需要确定相应的参数才能进入下一步PCB Layout
当然不同的公司不同的流程，我们需要遵守相应的流程，养成一个良好的设计习惯，这一步可能会有初步评估，原理图确认，等等，签核完毕后就可以进行计算
一般有芯片厂家提供相关资料
【第五步】
5. 确定开关频率，选择磁芯确定变压器
芯片的频率可以通过外部的RC 来设定，工作频率就等于开关频率，这个外设的功能有利于我们更好的设计开关电源，也可以采取外同步功能。
一般AC2DC 的变换器，工作频率不宜设超过100kHz，主要是开关电源的频率过高以后，不利于系统的稳定性，更不利于EMC 的通过性
频率太高，相应的di/dt dv/dt 都会增加，除PI 132kHz 的工作频率之外，大家可以多参
考其它家的芯片，就会总结自己的经验出来
对于磁芯的选择，是在开关频率和功率的基础，更多的是经验选取。
当然计算的话，你需要得到更多的磁芯参数，包括磁材，居里温度，频率特性等等，这个是需要慢慢建立的
20W ~ 40W 范围内EE25 EER25 EER28 EFD25 EFD30 等均都可以
【第六步】
6. 设计变压器进行计算
输入input: 85~265Vac
输出output: 12V 2A
开关频率Fsw: 70kHz
磁芯core: EER28/28L
磁芯参数：Ae 82mm2
以上均是已知参数，我们还需要设定一些参数，就可以进入下一步计算
设定参数：
效率η = 80%
最大占空比：Dmax = 0.45
磁感应强度变化：ΔB= 0.2
有了这些参数以后，我们就可以计算得到匝数和电感量
计算开始
输出功率Po = 12V * 2A = 24W
输入功率Pin = Po/η = 24W/0.8 = 30W
输入最低电压Vin(min) = Vac(min)*sqr(2) = 85Vac * 1.414 = 120Vdc
输入最高电压Vin(max) = Vac(max)*sqr(2) = 265Vac * 1.414 = 375Vdc
输入平均电流Iav = Pin/Vin(min) = 30W/120Vdc = 0.25A
输入峰值电流Ipeak = 4 * Iav = 1A
原边电感量Lp = Vin(min) * Dmax/(Ipeak * Fsw) = 120Vdc * 0.45/(1A * 70K ) = 770 uH 到此最重要的一步原边电感量已经求出，对于漏感及气隙，我不建议各位再去计算和验证
漏感Lleakage < 5% * Lp
上面计算了变压器的电感量，现在我们还需要得到相应的匝数才可以完成整个变压器的工作1）计算导通时间Ton周期时间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）计算变压器初级匝数Np = Vin(min)*Ton/(ΔB × Ae) = 120Vdc * 6.43us/(0.2 * 82mm2) = 47 T（这里的数是一定要取整的，而且是进位取整，我们变压器不可能只绕半圈或其它非整数圈）
3）计算变压器12V 主输出的匝数输出电压(Vo):
12 Vdc整流管压降(Vd): 0.7
Vdc绕组压降(Vs): 0.5
Vdc原边匝伏比(K) = Vi_min / Np= 120 Vdc / 47 T = 2.55输出匝数(Ns) = (输出电压(Vo) + 整流管压降(Vd) + 绕组压降(Vs)) / 原边匝伏比(K)= (12 Vdc + 0.7Vdc + 0.5Vdc) / 2.55 = 6 T (已取整)
4）计算变压器辅助绕组(aux turning)输出的匝数计算方法与12V主绕组输出一样因为ST VIPer53DIP 副边反馈需低于14.5 Vdc，故选取12 Vdc 作为辅助电压；Na = 6 T到这一步，我们基本上就得出了变压器的主要参数原边绕组：47T 原边电感量：0.77mH 漏感< 5%* 0.77mH = 39uH12V输出：6T辅助绕组：6T下一步我们只要将绕组的线径股数脚位耐压等安规方面的要求提出，就可以发给变压器厂去打样了至于气隙的计算，以及返回验证Dmax 这些都是一些教科书上的，不建议大家死搬硬套，自己灵活一些
上面计算出匝数以后，可以直接确定漆包线的粗细，不需要去进行复杂的计算
线径与常规电阻一样，都是有定值的，记住几种常用的定值线径
这里，原边电流比较小，可以直接选用φ0.25 一股
辅助绕组φ0.25 一股
主输出绕组φ0.4 或0.5 三股，不用选择更粗的，否则绕制起来，漆包线的硬度会使操作工人很难绕
很多这一步“计算”过了以后，还会返回计算以验证变压器的窗口面积
个人认为返回验证是多余的，因为绕制不下的话，打样的变压器厂也会反馈给你，而你验证通过的，在实际中也不一定会通过；
毕竟与实际绕制过程中的熟练度，及稀疏还是有很大关系的
再下一步，需要确定输入输出的电容的大小，就可以进行布局和布板了。
【第七步】
7. 输入输出电解电容计算
输入滤波电解电容
Cin = (1.5~3)*Pin
输出滤波电解电容
Cout = (200~300)* Io ????
上面我们计算出输入功率30W
所以Cin = 45 ～90 uF
从理论上来说，这个值选的越大，对后级就越好；从成本上考虑，我们不会无限制的去选取大容量
此处选值47uF/400Vdc 85℃或105℃根据相应的应用环境来决定；电容不需要高频，普
通低阻抗的就可以了
输出电流是2A
Cout = 400～600uF
此处电容需要适应高频低阻的特性，这个值也可以选值变大，但前提必须是在反馈环内
因为是闭环精度控制，故取值470uF/16Vdc
这里电源就可以选两颗470uF/16Vdc，加一个L，阻成CLC 低通滤波器???
基本上到这里，PCB 上需要外形确定的器件已经完成，即PCB封装完成；
下一步就可通过前面的原理图(SCH) 定义好器件封装。
【第八步】
8. PCB Layout
上面已经确定变压器，原理图，以及电解电容，其它的基本上都是标准件了
由sch 生成网络表，在PCB file 里定义好板边然后加载相应的封装库以后，可以直接导入网络表，进行布局；因为这个板相对比较简单，也可以直接布板，导入网络表是一个非常好的设计习惯
PCB layout 重点不是怎么连线，最重要的是如何布局；一般来说布局OK的话，画板就轻松多了
在布局与布板方面，
1) RCD 吸收部分与变压器形成的环面积尽量小；这样可以减小相应的辐射和传导
2) 地线尽量的短和宽大，保证相应的零电平有利于基准的稳定；同时VIPER53DIP 这颗DIP-8 的芯片散热的重要通道
3) 在di/dt dv/dt 变化比较大的地方，尽量减小环路和加宽走线，降低不必要的电感特性【第九部】。