AC和DC-PWM方式反激式转换器设计步骤.docx

在确认基本步骤后，接着说明设计步骤。AC/DC PWM方式反激式转换器设计方法1. 绝缘型反激式转换器的基础 开关AC/DC转换 反激式转换器的特征 反激式转换器的工作和缓冲 不连续模式与连续模式2. 设计步骤3. 电源规格的决定4. 设计使用IC的选择5. 绝缘型反激式转换器电路设计 变压器设计（数值计算） 变压器设计（构造设计）其1 变压器设计（构造设计）其2 主要部件的选定MOSFET相关 其1 主要部件的选定MOSFET相关 其2 主要部件的选定CIN和缓冲 主要部件的选定输出整流器和Cout 主要部件的选定IC的VCC相关 主要部件的选定IC的设定、其他 EMI对策及输出噪声对策6. 基板布局例7. 总结设计步骤不仅限于AC/DC转换器，大部分的设计都会采用类似的步骤。一开始先确认要求规格，然后选择能实现要求规格的部件。在这里，决定“控制用电源IC的选择”，最近的电源设计几乎都是利用电源用IC，因此选择电源IC，并以该IC为中心进行设计。接着，决定必须使用IC的部件，计算出常量等进行设计。流程为根据图纸制作试作品，再来是评估性能、量产，最后出货。1. 确定要求规格2. 控制用电源IC的选择3. 设计、外围部件选定4. 评估、试作5. 量产设计、评估、出货检查1确定要求规格第1个步骤从明确了解要求规格开始。这原本就是第一个且最重要的步骤，但电源规格是“在决定整体电路规格前，无法完全确定”，必须在整体设计期间结束时加快脚步进行设计等，的确有可能让电源设计人员感到非常困扰。不过，正因为未决定好无法有任何进展，因此大多会先制作暂时规格以支持该问题。1确定要求规格 输入输出：输入电压范围、输出电压值和精度 负载：电流、有无瞬态（含休眠/唤醒） 温度：最大/最小值、是否冷却 尺寸：安装面积、高度（外形尺寸） 必要保护：低电压、过电压、过热等 特殊环境/使用条件：车载、航天、通信、RF等 成本虽然非常严格，但“未彻底弄清楚规格，就无法开始设计”也是不争的事实写出确认规格时的主要确认项目。以输入条件为例，因为是供日本国内使用，所以100VAC即可，但如果是销售至全球市场，就必须要能够进一步扩大能支持的范围，或是因为销售国家，造成电压不稳定，部件选择受比如还有多大余量等规格要求而出现很大变动。另外，为了设计符合要求规格的电源，还必须详细考虑其他项目。2控制用电源IC的选择第2个步骤为控制用的电源IC的选择。根据第1个步骤确认到的要求事项，决定适用的电源方式、变压器方式或开关方式、降压或升压、反激式或正激式，以及AC/DC转换器中最重要的讨论事项，也就是绝缘型或非绝缘型，之后再选择控制IC。也就是说，控制IC的选择决定电源方式。2控制用电源IC的选择 方式：变压器方式、开关方式 方式：降压、升压、升降压、反转 方式：线性、反激式、正激式等 绝缘/非绝缘在实际设计电源时，电源IC占了非常重要的地位，会因为使用的IC来决定电路和部件。换言之，设计时能以IC为中心。3设计、外围部件选定决定IC和电源方式后，接着参考IC的应用例等进行设计。包含变压器设计在内，决定外围电路的电容器和电阻等的常量。3设计、外围部件选定 主要变压部件：变压器、桥式、二极管、电容器等 必须使用IC的部件 各常量的计算、优化 变压器设计设计时，在电气、电子知识外，还必须具备部件知识，其中又以经验最为必要。不过，即使在凭借这样的知识和经验进行设计，仍会有不了解和不顺利的时候。此时，可以利用部件厂商的支持，迅速完成设计，避免徒劳无功。45评估、试作、量产、出货那么，完成图纸和部件列表、建立基板线路后，即进入试作、评估的阶段。4评估、试作 利用评估板/工具 制作试作基板、设想条件下的工作、性能评估 调试、优化 符合/不符合要求规格、权衡的判断5量产设计、评估、出货检查在试作阶段，首先从确认基本工作开始，但有时可能会难以判断工作是否正确。这时候，不稳定会判定是否符合设计的规格，不过大多数的IC厂商都会准备其IC的评估板，可以多加利用。利用确实能正常工作评估板，比较、探讨设计的电路是否正确工作。调试和优化的作业结束后，开始判断是否可以进入量产。此时，有时可能无法完全满足要求规格。不会退让的规格要求，必须重新设计，或是稍微妥协，讨论如何取得权衡，尽量让全部产品接近目标值。希望大家在设计时，大致上都能遵循上述步骤。关键要点:在一开始设计时，大多尚未决定电源的规格，但仍推荐尽量在确认好规格后，再开始着手设计。在实际设计电源时，电源IC占了非常重要的地位，会因为使用的IC来决定电路和部件。在判断能否量产时，除了符合、不符合要求规格外，也必须权衡调整。电源规格的决定如同“设计步骤”项目中所说明般，在一开始设计时，必须决定电源具备哪些性能和特性，确定电源规格。其实，电源规格并非单方面由电源设计人员决定就好。除了要求输入电源和供电负载的电压精度、电流等之外，还必须确认效率和工作温度范围等事项。而这些都是依照系统整体规格和供电基板规格来决定。AC/DC PWM方式反激式转换器设计方法1. 绝缘型反激式转换器的基础 开关AC/DC转换 反激式转换器的特征 反激式转换器的工作和缓冲 不连续模式与连续模式2. 设计步骤3. 电源规格的决定4. 设计使用IC的选择5. 绝缘型反激式转换器电路设计 变压器设计（数值计算） 变压器设计（构造设计）其1 变压器设计（构造设计）其2 主要部件的选定MOSFET相关 其1 主要部件的选定MOSFET相关 其2 主要部件的选定CIN和缓冲 主要部件的选定输出整流器和Cout 主要部件的选定IC的VCC相关 主要部件的选定IC的设定、其他 EMI对策及输出噪声对策6. 基板布局例7. 总结然而，现实上并不是一开始设计时，就已经确认这些规格。不是只有供电电路的设计人员疏忽而已，如果供电端未设计至某一个程度，也无法确定要设计什么样的电源规格。虽说如此，如果要等全部明确才要设计，无庸置疑地，设计时间已经快要结束，只剩下极少的时间能用在电源设计上。因此，在某个时间点先根据大略的数据，在可以变更的前提下，于容许范围内弹性设计电源规格。在开始设计前，须先写好原本要决定的规格，以及设计开始时，能允许的最低限度规格。应决定的电源规格 输入输出：输入电压范围、输出电压值和精度 负载：电流、有无瞬态（含休眠/唤醒） 效率、待机功耗 温度：最大/最小值、是否冷却 尺寸：安装面积、高度（外形尺寸） 必要的保护：低电压、过电压、过热等 特殊环境/使用条件：车载、航天、通信、RF等 必须取得的认证和规范 成本设计开始的最低限度规格 输入电压范围 输出电压/精度/电流 输出纹波电压 绝缘耐压 工作温度范围 效率 无负载时输入功率接下来将具体说明“最低限度电源规格”的各项目。输入电压范围输入，因其是AC/DC转换器，理所当然是AC电源了。幸运的是家庭和办公室用的AC电源是公称电压。日本公称电压为100VAC，以全球的情况来说，都在100VAC240VAC的范围内。此外，因为是公称值，如果包含容许差在内，大多会设想下限-15%的85VAC、上限+10%的264V范围内。电源方面会视国家而定，在定容许差时，必须根据过往经验和掌握实际情况才行。以此方式，根据搭载设计电源的设备的出货地，来决定输入电压范围值。世界家庭用主要电源电压（公称值）日本：100VAC美国：120VAC加拿大：120VAC/240VAC英国：230VAC/240VAC俄罗斯：127VAC/220VAC中国：110VAC/220VAC输出电压/精度/电流AC/DC转换器的输出电压，设定系统或电路基板必要的DC电压值。以工业设备为例，一般设定24VDC和12VDC等共通标准电压，但目前也有不少设备直接设定5VDC和3.3VDC等驱动电压。总之，都必须达到输出电压5%的精度。这是依据被供电设备的要求来决定。在设计时，必须讨论能够满足要求精度的部件和方式。输出规格中，输出电流也是非常重要的。必须充分供应能满足供电电路需要的电流，且维持输出电压稳定化。虽然余量大，容许范围广，但部件成本高和尺寸大，在此之下，最大负载电流相关数据就显得非常重要。此外，还要探讨发生负载瞬态的响应特性。不足时，就可能造成系统复位等，对系统带来致命的损害。讨论电流值后，当根据AC/DC转换器的输出状况，以个别的开关稳压器组成电源时，能依据功率状况来思考电流值。开关稳压器是转换功率，因此AC/DC转换器制作出12VDC，将其当作输入电流切，开关稳压器的效率达80%，转换成5V/0.8A，但输入功率则是变成5W。单纯来看，AC/DC转换器的12V输出值转换成5W，因此输出电流只要0.42A即可。转换功率用的电源，其输出能力大多以功率值表示。输出纹波电压纹波就是脉流。转换后的DC电压，包含着与输入AC电源频率、开关转换频率相关的脉动电流。当然，在转换的过程中会进行平滑/滤波，但却无法归零。例如输出以5VDC为中心，产生400mVp-p的纹波时，最大值为5.2V，最小值为4.8V。对此，5V4%能满足一般精度要求5%，但输入3.3V输出，产生400mVp-p的纹波时，就会变成3.3V6%。起因于开关工作的输出纹波电压示意图AC/DC转换器会制作称为12VDC的总线电压，将其当作输入电压，再利用个别的稳压器等，产生各电路必要的电压，或许能够舒缓AC/DC转换器的纹波问题。不过，在上述范例中，如果直接供电给低电压设备，纹波电压就可能造成某些问题。总之，虽然纹波电压愈小愈好，但仍要考虑到滤波器设定空间和成本，来设定容许值。绝缘耐压视系统的规格而定，有时AC/DC转换器必须能够绝缘。工业设备和医疗设备等基本上必须绝缘，且可能会指定绝缘等级。AC/DC转换器的绝缘指一次侧（AC输入），和二次侧（DC输出）无法导通，基本上由变压器负责绝缘的工作。绝缘除了3kVAC的电压外，还必须讨论绝缘构造、绝缘等级等规格相关事项。设计变压器的人必须具备规范和部件方面的知识才行。各个详细内容请参照规格书等。工作温度范围应该要设定搭载设计电源的系统，以及设备工作温度范围等规格。AC/DC转换器必须由符合要求的功率控制IC和部件组成。此外，虽然大多以周围温度标示设备规格，但AC/DC转换器如果装设在内部，就必须以内部温度为基准来决定规格。AC/DC转换器会少量发热，一但超过所用部件的额定值，将可能发生致命的损坏，因此温度方面必须充分进行验证。效率效率是指针对输入功率的输出功率的比率，以%表示。效率达80%代表损耗20%，损耗基本上会变成热。现今提升效率已是必备要件，也因此必须充分理解和热相关的事物。为了提升效率，必须探讨使用变压器方式、控制IC、外置部件。无负载时输入功率输出电流不流动时的输入功率，也就是无负载时的自我功耗。节能化已经是设备的责任和义务，必须将毫无用处的自我损耗降至最低才行。EnergyStar即是其中一例。电路组成和控制IC在降低自