設計開(kāi)關(guān)電源很多人覺(jué)得很難，其實(shí)不然。設計一款開(kāi)關(guān)電源并不難，難就難在做精，等你真正入門(mén)了，積累一定的經(jīng)驗，再采用分立的結構進(jìn)行設計就簡(jiǎn)單多了。本文將講解如何一步一步設計開(kāi)關(guān)電源。
開(kāi)關(guān)電源設計的第 一步就是看規格，具體的很多人都有接觸過(guò)，今天我給大家簡(jiǎn)單講下設計一款寬范圍輸入的隔離開(kāi)關(guān)電源。
1、首先確定功率，根據具體要求來(lái)選擇相應的拓撲結構
這樣的一個(gè)開(kāi)關(guān)電源一般選擇反激式（flyback）基本上可以滿(mǎn)足要求。在這里我會(huì )選擇用公式來(lái)計算，有需要分析的，可以拿出來(lái)再討論。
2、選擇相應的PWMIC和MOS來(lái)進(jìn)行初步的電路原理圖設計
當我們確定用flyback拓撲進(jìn)行設計以后，我們需要選擇相應的PWMIC和MOS來(lái)進(jìn)行初步的電路原理圖設計（sch）。無(wú)論是選擇采用分立式還是集成的設計，對里面的計算我都會(huì )進(jìn)行分解。
分立式：PWMIC與MOS是分開(kāi)的，這種優(yōu)點(diǎn)是功率可以自由搭配，缺點(diǎn)是設計和調試的周期會(huì )變長(cháng)。
集成式：PWMIC與MOS集成在一個(gè)封裝里，省去設計者很多的計算和調試分步，適合于剛入門(mén)或快速開(kāi)發(fā)的環(huán)境。
3、做原理圖
確定所選擇的芯片以后，開(kāi)始做原理圖（sch）。
設計前zui好都先看一下相應的datasheet，確認一下簡(jiǎn)單的參數。無(wú)論是選用PI的集成、384x或OBLD等分立的設計，你都需要參考一下datasheet。一般datasheet里都會(huì )附有簡(jiǎn)單的電路原理圖，這些原理圖是我們的設計依據。
4、確定相應的參數
當我們將原理圖完成以后，需要確定相應的參數才能進(jìn)入下一步PCB Layout。當然不同的公司各有不同的流程，我們需要遵守相應的流程，養成一個(gè)良好的設計習慣。這一步可能會(huì )有初步評估、原理圖確認，簽核完畢后就可以進(jìn)行計算了。
開(kāi)關(guān)電源原理圖
5、確定開(kāi)關(guān)頻率，選擇磁芯確定變壓器
芯片的頻率可以通過(guò)外部的RC來(lái)設定，工作頻率就等于開(kāi)關(guān)頻率，這個(gè)外設的功能有利于我們更好的設計開(kāi)關(guān)電源，也可以采取外同步功能。
一般AC-DC的變換器，工作頻率不宜設成超過(guò)100kHz，主要是開(kāi)關(guān)電源的頻率過(guò)高以后，不利于系統的穩定性，更不利于EMC的通過(guò)性。頻率太高，相應的di/dtdv/dt都會(huì )增加，除PI的132kHz工作頻率之外，大家可以多參考其它家的芯片，就會(huì )總結自己的經(jīng)驗出來(lái)。
對于磁芯的選擇，關(guān)鍵是在開(kāi)關(guān)頻率和功率的基礎，更多的是經(jīng)驗選取。當然計算的話(huà)，你需要得到更多的磁芯參數，包括磁材、居里溫度和頻率特性等等，這個(gè)是需要慢慢建立的。
6、設計變壓器進(jìn)行計算
我們根據輸入/輸出、開(kāi)關(guān)頻率和所選磁芯參數，同時(shí)設置好效率、zui大占空比、磁感應強度變化等參數，就可以進(jìn)入下一步計算，得出功率、平均及峰值電壓電流、匝數和電感量。這里的輸入峰值電流，大約是輸入平均電流的4倍，這是個(gè)經(jīng)驗，也可以根據下圖來(lái)推導，很簡(jiǎn)單的。
峰值電流與平均電流的關(guān)系
確認匝數以后，直接確定漆包線(xiàn)的粗細，不需要去進(jìn)行復雜的計算。
線(xiàn)徑與常規電阻一樣，都是有定值的，記住幾種常用的定值線(xiàn)徑就可以。這里，原邊電流比較小，可以直接選用φ0.25一股。輔助繞組φ0.25一股。主輸出繞組φ0.4或0.5三股，不用選擇更粗的，否則繞制起來(lái)，漆包線(xiàn)的硬度會(huì )使操作工人很難繞。
很多人在這一步“計算”過(guò)了以后，還會(huì )做返回計算，以驗證變壓器的窗口面積。個(gè)人認為返回驗證是多余的，因為繞制不下的話(huà)，打樣的變壓器廠(chǎng)也會(huì )反饋給你，而你驗證通過(guò)的，在實(shí)際中也不一定會(huì )通過(guò)；畢竟與實(shí)際繞制過(guò)程中的熟練度，及稀疏還是有很大關(guān)系的。
再下一步，需要確定輸入輸出的電容的大小，就可以進(jìn)行布局和布板了。
7、輸入輸出電解電容計算
這里按照上步計算的輸入功率和輸出電流，zui終確定電解電容的規格，根據應用環(huán)境選取頻率和阻抗，電容Cin理論選值越大，對后級越好，但從成本考慮卻不會(huì )無(wú)限制選取大容量。
基本上到這里，PCB上需要外形確定的器件已經(jīng)完成，即PCB封裝完成；下一步就可通過(guò)原理圖（sch）定義好器件封裝。
8、PCB Layout
上面已經(jīng)確定變壓器，原理圖，以及電解電容，接下都是標準件了。
由sch生成網(wǎng)絡(luò )表，在PCBfile里定義好板邊然后加載相應的封裝庫以后，可以直接導入網(wǎng)絡(luò )表，進(jìn)行布局；因為這個(gè)板相對比較簡(jiǎn)單，也可以直接布板，但導入網(wǎng)絡(luò )表是一個(gè)非常好的設計習慣。
PCB layout重點(diǎn)不是怎么連線(xiàn)，zui重要的是如何布局；一般來(lái)說(shuō)布局OK的話(huà)，畫(huà)板就輕松多了。
在布局與布板方面：
1）RCD吸收部分與變壓器形成的環(huán)面積應盡量??；這樣可以減小相應的輻射和傳導。
2）地線(xiàn)應盡量的短和寬大，保證相應的零電平有利于基準的穩定。
3）在di/dtdv/dt變化比較大的地方，盡量減小環(huán)路和加寬走線(xiàn)，降低不必要的電感特性。
PCB布局圖
9、確定部分參數
我們前幾步已經(jīng)計算了變壓器。PCB Layout完成以后，就可以確定變壓器的同名端，完整地定義變壓器，并發(fā)出去打樣或自己繞制。
10、調試過(guò)程
完成了以上部分，基本上一個(gè)電源算是設計完成，后面的就是焊板調試過(guò)程。
調試所需要的簡(jiǎn)單設備：調壓器，示波器，萬(wàn)用表；輔助設備：功率計，LCR電橋和電子負載。
焊完板以后，進(jìn)行靜態(tài)檢查，如果有LCR電橋的話(huà)，可以先測一下變壓器同名端，電感量等參數以后再焊接。
靜態(tài)檢查：主要看有沒(méi)有虛焊，連錫等；靜態(tài)測試以后，可以用萬(wàn)用表測一下輸入、輸出是否處于短路狀態(tài)；剩下就可以進(jìn)行加電測試了。
安裝完成
其實(shí)開(kāi)關(guān)電源入門(mén)很簡(jiǎn)單，zui好的入門(mén)是選用單片的結構，畢竟省去了啟動(dòng)電阻，電流檢測電阻，MOS及驅動(dòng)，保護電路等各種不確定因素的問(wèn)題。等你真正入門(mén)了，積累一定的經(jīng)驗，再采用分立的結構進(jìn)行設計就簡(jiǎn)單多了，凡事先易后難才有進(jìn)步。
開(kāi)關(guān)電源是一切電子設備的心臟，哪里有電器哪里就有“開(kāi)關(guān)電源”，在硬件行業(yè)中有著(zhù)非常重要的地位。