【入門必讀】詳解一步一步設計開關電源

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【入門必讀】詳解一步一步設計開關電源

開關電源設計的步就是看規格，具體的很多人都有接觸過；也可以提出來供大家參考，我幫忙分析。
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，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，在這里我會更多的選擇是經驗公式來計算，有需要分析的，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。對里面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 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 里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

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 PCB Layout
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

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 single chip power 的優點
R205 斷開或相當于光耦拆掉（相當于副邊失反饋），電源依然會正常工作，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/dt dv/dt 都會增加，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 EE25 EER25 EER28 EFD25 EFD30 等均都可以

6. 設計變壓器進行計算(續)
計算開始
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求出，對于漏感及氣隙，我不建議各位再去計算和驗證
漏感 Lleakage < 5% * Lp

7. 設計變壓器進行計算(續2)上面計算了變壓器的電感量，現在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) = 47 T（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):
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(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）計算變壓器輔助繞組(aux turning)輸出的匝數計算方法與12V主繞組輸出一樣因為 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，不建議大家死搬硬套，自己靈活一些

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