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2017.08.10 AC/DC

总结

AC/DC PWM方式反激式转换器设计方法

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本篇以“AC/DC PWM方式反激式转换器设计方法”为题,重温绝缘型反激式转换器的基础、说明设计步骤、规格决定、电源IC的选择以及实际的电路设计和基板布局等事宜,这里“总结”如下。

开关电源电路基本上属于模拟电路,其设计原则不变。但开关包含大电流ON/OFF的工作在内,因此设计时必须考虑高频谐波和EMI。

AC/DC转换器会使用到数百伏特的高电压,和传感器电路等不同,必须使用高耐压部件,因此设计者须具备绝缘和高耐压部件相关知识。

从绝缘电源的角度来看,必须设计变压器。虽然部件简单不复杂,但不适合没有操作经验的人员设计,是电源电路上基本且非常重要的部件。

决定部件常量时,会利用计算公式取得常量,或根据电路条件和过往经验,决定大略的数值。可惜的是包含决定余量的方法在内,根据经验法则做出决定终非正确做法,仍应该重复设计、试作、评估后再决定各项常量。
无论如何,由于它属于模拟电路,因此决定常量的方法大部分都是“大致上这样”,其中可能有无法同意的做法,但相对来说,也并非要常量完全吻合才能工作,在允许某一程度落差的组合中,或许只要调整至优化就可以取得协调。也就是说,由3位设计人员设计同一规格的电源,例如反激的基本构造或许一样,但细部却是三人三种。这可说是设计模拟电路、电源电路有趣的地方。

以下将总结本篇说明过的项目,特别是“2.设计步骤”开始每一个项目的关键要点。各阶段都有应仔细理解的内容,希望各位能再次确认。

<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
  2. 设计步骤

    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。

  3. 电源规格的决定

    关键要点

    ・在开始设计时,应尽可能收集必要的资料,在可以变更的前提下,于容许范围内弹性设计电源规格。

  4. 设计使用IC的选择

    关键要点

    ・近年来电源设计,会根据所使用的电源IC,大略决定电路和部件,因此请参考电路范例等来构思整個电路。

  5. 绝缘型反激式转换器电路设计
    • 变压器设计(数值计算)

      关键要点

      ・基本上需要满足设计电路的变压器设计。

      ・有不少工程师觉得变压器设计非常麻烦,因此可以寻求IC厂商和变压器厂商支援。

    • 变压器设计(构造设计)-其1
    • 变压器设计(构造设计)-其2

      关键要点

      ・计算出数值后,进入具体的变压器构造的设计。

      ・计算出数值后,如果能大略完成构造设计,有望在变压器厂商等的协助下,设计出最终版本。

    • 主要部件的选定-MOSFET相关 其1

      关键要点

      ・选定开关晶体管(MOSFET)主要考量漏极-源极间耐压、峰值电流、导通电阻损耗、封装容许损耗。

      ・单纯的纸上计算仍很难严谨地做出选定,仍须靠经验法则和实际测量才行。

    • 主要部件的选定-MOSFET相关 其2

      关键要点

      ・为了控制开关用晶体管(MOSFET)的工作,依据电源IC的规格设计电路。

      ・请遵照电源IC的技术规格中,所记载的决定电路、常量的方法等内容。

    • 主要部件的选定-CIN和缓冲

      关键要点

      ・输入电容器CIN能在输入电源瞬断或开关时,补足所流入的输入电流,是电路上非常重要的装置。

      ・基本上缓冲电路为必要配件,能在输入产生浪涌时,保护开关晶体管。

    • 主要部件的选定-输出整流器和Cout

      关键要点

      ・基本的电路工作与二极管整流式DC/DC转换器相同。

      ・输出整流二极管,使用损耗小的肖特基二极管、快速恢复二极管。

      ・输出电容器所使用的电解电容器,要根据纹波电流和寿命充分考量。

    • 主要部件的选定-IC的VCC相关

      关键要点

      ・电源IC必须使用电源IC内的控制电路用的低电压DC电源(呼称例:VCC等),一般而言会使用变压器的辅助绕组(其他呼称:VCC绕组、三级绕组等)。

      ・电源的生成大多利用简单的二极管整流。

      ・电压依照IC规格,特别是AC/DC是从高电压转换而来,必须注意不要超过额定值。

    • 主要部件的选定-IC的设定、其他

      关键要点

      ・使用电源IC的设计中,除了基本部件(桥式二极管、变压器等)外,还需电源IC功能设定等部件。

      ・电源IC部件的常量等遵照技术规格、应用备忘录、设计手册等的说明。

      ・大多用来设定保护电路的差动等級和限制值等,主要有电阻和电容器等部件。

    • EMI对策及输出噪声对策

      关键要点

      ・开关电源是潜在的EMI源头,必须同时针对传导噪声和辐射噪声采取对策。

      ・从EMC的角度来看,主要是辐射(辐射噪声)对策。

      ・基本对策是噪声滤波器的设置,与基板布局或基本部件也有关系。

  6. 基板布局例

    关键要点

    ・开关电源设计时,基板布局会对电源性能和EMC造成非常大的影响。

    ・基本上会流过大电流的线尽量粗、尽量缩短、环路尽量缩小。

    ・控制信号线和噪声多的线分开配置,也不能经过变压器正下方。

PWM方式反激式转换器设计手法