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2017.08.10 AC / DC

彙整

採用AC / DC PWM方式的返馳式轉換器設計方法

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本篇以“採用AC / DC PWM方式的返馳式轉換器設計方法概要“為題,複習絕緣型返馳式轉換器的基本概念,以及說明了設計步驟,決定規格,選擇電源IC和實際設計電路,機板配線。最後再利用“彙整”做一下總整理。
開關電源電路基本上屬於類比電路,其設計原則不變。但開關包含開,關大電流的動作在內,因此設計時必須考量高頻諧波和EMI。

AC / DC转换器会使用到数百伏特的高电压,和感测器电路等不同,必须使用高耐压零件,因此设计者须具备绝缘和高耐压零件相关知识。

從絕緣電源的觀點來看,必須設計變壓器。雖然零件簡單不複雜,但不適合未有操作經驗的人員設計,是電源電路上基本且非常重要的零件。

決定零件常數時,會利用計算公式取得常數,或根據電路條件和過往經驗,決定大略的數值。可惜的是包含決定上限值的方法在內,根據經驗法則做出決定終非正確做法,仍應該重復設計,試作,評估後再決定各項常數。

无论如何,由于它属于类比电路,因此决定常数的方法大部分都是「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​​要常数完全吻合才能运转,在允许某一程度落差的组合中,或许只要调整至最佳化就可以取得协调。也就是说,由3位设计人员设计同一规格的电源,例如返驰的基本构造或许一样,但细部却是三人三种。这可说是设计类比电路,电源电路有趣的地方。

以下將彙整本篇說明過的項目,特別是”2。設計步驟”開始每一個項目的重點。各階段都有應仔細理解的內容,希望各位能再次確認。

<採用AC / DC PWM方式的返馳式轉換器設計方法概要>

  1. 絕緣型返馳式轉換器的基本概念
  2. 設計步驟

    重點

    ・在一開始設計時,大多尚未決定電源的規格,但仍建議儘量在確認好規格後,再開始著手設計。
    ・在實際設計電源時,電源IC佔了非常重要的地位,會因為使用的IC來決定電路和零件。
    ・在判斷能否量產時,除了符合,不符合要求規格外,也必須稍微讓步,加以調整。

  3. 決定電源規格

    重點

    ·在开始设计时,应尽可能收集必要的资料,在能变更的前提下保留容许范围和弹性,再开始进行设计。

  4. 决定设计上所使用的IC

    重點

    ・在目前設計電源上,會根據所使用的電源IC,大略決定電路和零件,因此請參考電路範例等來構思整個電路。

  5. 設計絕緣型返馳式轉換器的電路
    • 設計變壓器(算出數值)

      重點

      ·基本上必须设计适用于设计电路的变压器。

      ・有不少工程師覺得設計變壓器非常麻煩,因此可以尋求IC製造廠和變壓器廠商支援。

    • 設計變壓器(設計構造)-之1
    • 設計變壓器(設計構造)-之2

      重點

      ・計算出數值後,進入具體設計變壓器構造的階段。

      ・計算出數值後,若能大略設計出構造,可望在變壓器廠商等的協助下,設計出最終版本。

    • 決定主要零件mosfet相關之1

      重點

      ·主要考量汲极 - 源极的耐压,峰值电流,导通电阻造成的损耗,封装容许损耗,来决定开关用电晶体(MOSFET)。

      ・只有紙上談兵根本難以做出決定,必須依賴經驗法則和實際測量才行。

    • 決定主要零件mosfet相關之2

      重點

      ・為了控制開關用電晶體(MOSFET)的運轉,依電源IC的規格設計電路。

      ・請遵照電源IC的資料表中,所記載的決定電路,常數的方法等內容。

    • 決定主要零件cin和緩衝電路

      重點

      ・輸入電容CIN能在輸入電源瞬斷,開關時,補足所流入的輸入電流,是電路上非常重要的裝置。

      ・基本上緩衝電路為必要配件,能在輸入產生突波之際,保護開關用電晶體。

    • 决定主要零件 - 输出整流器和COUT

      重點

      ・基本電路南運轉狀況和二極體整流式DC / DC轉換器相同。

      ・輸出整流二極體使用損耗小的蕭特基二極體,高速整流二極體。

      ·输出电容所使用的电解电容,寿命和涟波电流之间的关联值得多加考量。

    • 決定主要零件"的VCC相關

      重點

      ·电源IC必须使用电源IC内的控制电路用低电压DC电源(呼称范例:VCC等),一般而言会使用变压器的辅助线圈(其他称呼:VCC线圈,三次线圈等)。

      ·大多利用简易的二极体整流产生电源。

      ・電壓依照IC規格,尤其AC / DC是從高電壓轉換而來,必須注意不要超過額定值。

    • 决定主要零件 - 设定IC,其他

      重點

      ・使用電源IC的設計電路中,除了基本零件(橋式二極體,變壓器等)外,還加裝設定電源IC功能等上必要的零件。

      ·电源IC零件的常数等遵照资料表,应用需知,设计手册等的说明。

      ・大多用來設定保護電路的差動等級和限制值等,主要有電阻和電容等零件。

    • EMI對策和輸出雜訊對策

      重點

      ・開關電源是潛在的EMI源頭,必須同時針對傳導雜訊和輻射雜訊,採用因應對策。

      ·从EMC的角度来看,主要采取释放(放出杂讯)对策。

      ・基本對策為設置雜訊濾波器,但雜訊亦和機板配線,基本零件有關。

  6. 機板配線範例

    重點

    ·设计开关电源时,机板配线会对电源性能和EMC造成非常大的影响。

    ·基本上会流过大电流的线粗,短且缠绕范围小。

    ・控制信號線和雜訊多的線分開配置,也不能裝在變壓器正下方。

PWM返馳式轉換器設計範例