开关电源的设计方案步骤

【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)