【入門必讀】詳解一步一步設(shè)計(jì)開關(guān)電源(完結(jié))

針對開關(guān)電源很多人覺得難，主要是理論與實(shí)踐相結(jié)合；萬事開頭難，我在這里只能算拋磚引玉，慢慢講解如何設(shè)計(jì)，有任何技術(shù)問題可以隨時(shí)打斷，我將盡力來進(jìn)行解答。

設(shè)計(jì)一款開關(guān)電源并不難，難就難在做精；我也不是一個(gè)很精熟的工程師，只能算一個(gè)領(lǐng)路人。希望大家喜歡

大家一起努力!!

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sinican

LV.8

2013-09-29 11:40

開關(guān)電源設(shè)計(jì)的第一步就是看規(guī)格，具體的很多人都有接觸過；也可以提出來供大家參考，我?guī)兔Ψ治觥?/span>
我只帶大家設(shè)計(jì)一款寬范圍輸入的， 12V2A 的常規(guī)隔離開關(guān)電源
1. 首先確定功率，根據(jù)具體要求來選擇相應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；這樣的一個(gè)開關(guān)電源多選擇反激式(flyback) 基本上可以滿足要求

備注一個(gè)，在這里我會更多的選擇是經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算，有需要分析的，可以拿出來再討論

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sinican

LV.8

2013-09-29 11:41

2.當(dāng)我們確定用 flyback 拓?fù)溥M(jìn)行設(shè)計(jì)以后，我們需要選擇相應(yīng)的PWM IC 和 MOS 來進(jìn)行初步的電路原理圖設(shè)計(jì)(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(jì)算我還會進(jìn)行分解
分立式：PWM IC 與 MOS 是分開的，這種優(yōu)點(diǎn)是功率可以自由搭配，缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)和調(diào)試的周期會變長（僅從設(shè)計(jì)角度來說）

集成式：就是將 PWM IC 與 MOS 集成在一個(gè)封裝里，省去設(shè)計(jì)者很多的計(jì)算和調(diào)試分步，適合于剛?cè)腴T或快速開發(fā)的環(huán)境

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電源網(wǎng)-源源

LV.10

2013-09-29 11:41

@sinican

2.當(dāng)我們確定用flyback拓?fù)溥M(jìn)行設(shè)計(jì)以后，我們需要選擇相應(yīng)的PWMIC和MOS來進(jìn)行初步的電路原理圖設(shè)計(jì)(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(jì)算我還會進(jìn)行分解分立式：PWMIC與MOS是分開的，這種優(yōu)點(diǎn)是功率可以自由搭配，缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)和調(diào)試的周期會變長（僅從設(shè)計(jì)角度來說）集成式：就是將PWMIC與MOS集成在一個(gè)封裝里，省去設(shè)計(jì)者很多的計(jì)算和調(diào)試分步，適合于剛?cè)腴T或快速開發(fā)的環(huán)境

插樓~~~等候大作！！！

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xuzeabc

LV.4

2013-09-29 11:54

@sinican

2.當(dāng)我們確定用flyback拓?fù)溥M(jìn)行設(shè)計(jì)以后，我們需要選擇相應(yīng)的PWMIC和MOS來進(jìn)行初步的電路原理圖設(shè)計(jì)(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(jì)算我還會進(jìn)行分解分立式：PWMIC與MOS是分開的，這種優(yōu)點(diǎn)是功率可以自由搭配，缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)和調(diào)試的周期會變長（僅從設(shè)計(jì)角度來說）集成式：就是將PWMIC與MOS集成在一個(gè)封裝里，省去設(shè)計(jì)者很多的計(jì)算和調(diào)試分步，適合于剛?cè)腴T或快速開發(fā)的環(huán)境

頂一個(gè)，等候！

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sinican

LV.8

2013-09-29 14:13

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(jìn)行設(shè)計(jì)，原因?yàn)楹?因?yàn)槲覀兪卿N售這一顆芯片的)？
設(shè)計(jì)之前最好都先看一下相應(yīng)的 datasheet，自己確認(rèn)一下簡單的參數(shù)
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(shè)計(jì)依據(jù)

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sinican

LV.8

2013-09-29 14:14

4. 當(dāng)我們將原理圖完成以后，需要確定相應(yīng)的參數(shù)才能進(jìn)入下一步 PCB Layout

當(dāng)然不同的公司不同的流程，我們需要遵守相應(yīng)的流程，養(yǎng)成一個(gè)良好的設(shè)計(jì)習(xí)慣，這一步可能會有初步評估，原理圖確認(rèn)，等等，簽核完畢后就可以進(jìn)行計(jì)算了

先附上相應(yīng)的原理圖

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sinican

LV.8

2013-09-29 14:14

5. 確定開關(guān)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(shè)定，工作頻率就等于開關(guān)頻率，這個(gè)外設(shè)的功能有利于我們更好的設(shè)計(jì)開關(guān)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(shè)超過 100kHz，主要是開關(guān)電源的頻率過高以后，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性，更不利于 EMC 的通過性
頻率太高，相應(yīng)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(jié)自己的經(jīng)驗(yàn)出來
對于磁芯的選擇，是在開關(guān)頻率和功率的基礎(chǔ)，更多的是經(jīng)驗(yàn)選取。當(dāng)然計(jì)算的話，你需要得到更多的磁芯參數(shù)，包括磁材，居里溫度，頻率特性等等，這個(gè)是需要慢慢建立的
20W ~ 40W 范圍內(nèi) EE25 EER25 EER28 EFD25 EFD30 等均都可以

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zandi1234

LV.1

2013-09-29 15:32

@sinican

5.確定開關(guān)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(shè)定，工作頻率就等于開關(guān)頻率，這個(gè)外設(shè)的功能有利于我們更好的設(shè)計(jì)開關(guān)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(shè)超過100kHz，主要是開關(guān)電源的頻率過高以后，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性，更不利于EMC的通過性頻率太高，相應(yīng)的di/dtdv/dt都會增加，除PI132kHz的工作頻率之外，大家可以多參考其它家的芯片，就會總結(jié)自己的經(jīng)驗(yàn)出來對于磁芯的選擇，是在開關(guān)頻率和功率的基礎(chǔ)，更多的是經(jīng)驗(yàn)選取。當(dāng)然計(jì)算的話，你需要得到更多的磁芯參數(shù)，包括磁材，居里溫度，頻率特性等等，這個(gè)是需要慢慢建立的20W~40W范圍內(nèi)EE25EER25EER28EFD25EFD30等均都可以

繼續(xù) 大師

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湖之一二

LV.8

2013-09-30 09:02

@sinican

5.確定開關(guān)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(shè)定，工作頻率就等于開關(guān)頻率，這個(gè)外設(shè)的功能有利于我們更好的設(shè)計(jì)開關(guān)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(shè)超過100kHz，主要是開關(guān)電源的頻率過高以后，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性，更不利于EMC的通過性頻率太高，相應(yīng)的di/dtdv/dt都會增加，除PI132kHz的工作頻率之外，大家可以多參考其它家的芯片，就會總結(jié)自己的經(jīng)驗(yàn)出來對于磁芯的選擇，是在開關(guān)頻率和功率的基礎(chǔ)，更多的是經(jīng)驗(yàn)選取。當(dāng)然計(jì)算的話，你需要得到更多的磁芯參數(shù)，包括磁材，居里溫度，頻率特性等等，這個(gè)是需要慢慢建立的20W~40W范圍內(nèi)EE25EER25EER28EFD25EFD30等均都可以

R203是干嘛的呢

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10227

LV.7

2013-09-30 09:40

@sinican

5.確定開關(guān)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(shè)定，工作頻率就等于開關(guān)頻率，這個(gè)外設(shè)的功能有利于我們更好的設(shè)計(jì)開關(guān)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(shè)超過100kHz，主要是開關(guān)電源的頻率過高以后，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性，更不利于EMC的通過性頻率太高，相應(yīng)的di/dtdv/dt都會增加，除PI132kHz的工作頻率之外，大家可以多參考其它家的芯片，就會總結(jié)自己的經(jīng)驗(yàn)出來對于磁芯的選擇，是在開關(guān)頻率和功率的基礎(chǔ)，更多的是經(jīng)驗(yàn)選取。當(dāng)然計(jì)算的話，你需要得到更多的磁芯參數(shù)，包括磁材，居里溫度，頻率特性等等，這個(gè)是需要慢慢建立的20W~40W范圍內(nèi)EE25EER25EER28EFD25EFD30等均都可以

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sinican

LV.8

2013-09-30 10:05

@湖之一二

R203是干嘛的呢

R203 與 D205 共同組成輸出指示, R203 在這里是限流限壓針對 D205 (LED)

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sinican

LV.8

2013-09-30 10:07

6. 設(shè)計(jì)變壓器進(jìn)行計(jì)算
輸入 input: 85~265Vac
輸出 output: 12V 2A
開關(guān)頻率 Fsw: 70kHz
磁芯 core: EER28/28L
磁芯參數(shù)：Ae 82mm2
以上均是已知參數(shù)，我們還需要設(shè)定一些參數(shù)，就可以進(jìn)入下一步計(jì)算
設(shè)定參數(shù)：
效率 η = 80%
最大占空比：Dmax = 0.45
磁感應(yīng)強(qiáng)度變化：ΔB= 0.2

有了這些參數(shù)以后，我們就可以計(jì)算得到匝數(shù)和電感量

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sinican

LV.8

2013-09-30 10:08

6. 設(shè)計(jì)變壓器進(jìn)行計(jì)算(續(xù))
計(jì)算開始
輸出功率 Po = 12V * 2A = 24W
輸入功率 Pin = Po/η = 24W/0.8 = 30W
輸入最低電壓 Vin(min) = Vac(min)*sqr(2) = 85Vac * 1.414 = 120Vdc
輸入最高電壓 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

到此最重要的一步原邊電感量已經(jīng)求出，對于漏感及氣隙，我不建議各位再去計(jì)算和驗(yàn)證
漏感 Lleakage < 5% * Lp

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fdecctv

LV.4

2013-09-30 18:23

@sinican

6.設(shè)計(jì)變壓器進(jìn)行計(jì)算(續(xù))計(jì)算開始輸出功率Po=12V*2A=24W輸入功率Pin=Po/η=24W/0.8=30W輸入最低電壓Vin(min)=Vac(min)*sqr(2)=85Vac*1.414=120Vdc輸入最高電壓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) =770uH到此最重要的一步原邊電感量已經(jīng)求出，對于漏感及氣隙，我不建議各位再去計(jì)算和驗(yàn)證漏感Lleakage<5%*Lp

請問輸入峰值電流 Ipeak = 4 * Iav = 1A 中的 4 是怎么來的？

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風(fēng)定人非在

LV.6

2013-09-30 20:56

這個(gè)必須頂

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土豆絲

LV.2

2013-09-30 21:01

@sinican

6.設(shè)計(jì)變壓器進(jìn)行計(jì)算(續(xù))計(jì)算開始輸出功率Po=12V*2A=24W輸入功率Pin=Po/η=24W/0.8=30W輸入最低電壓Vin(min)=Vac(min)*sqr(2)=85Vac*1.414=120Vdc輸入最高電壓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) =770uH到此最重要的一步原邊電感量已經(jīng)求出，對于漏感及氣隙，我不建議各位再去計(jì)算和驗(yàn)證漏感Lleakage<5%*Lp

謝謝樓主詳解

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z39613619

LV.4

2013-09-30 22:27

@風(fēng)定人非在

這個(gè)必須頂

是地。必須頂。。。

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ade1986

LV.3

2013-09-30 22:48

@z39613619

是地。必須頂。。。

呵呵，不錯，

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吳煌麒

LV.3

2013-09-30 23:42

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rockyy

LV.6

2013-10-01 09:06

@sinican

4.當(dāng)我們將原理圖完成以后，需要確定相應(yīng)的參數(shù)才能進(jìn)入下一步PCBLayout當(dāng)然不同的公司不同的流程，我們需要遵守相應(yīng)的流程，養(yǎng)成一個(gè)良好的設(shè)計(jì)習(xí)慣，這一步可能會有初步評估，原理圖確認(rèn)，等等，簽核完畢后就可以進(jìn)行計(jì)算了先附上相應(yīng)的原理圖[圖片]

團(tuán)長，為什么沒有啟動電阻，沒有啟動電阻是否能正常啟機(jī)？

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skyroom123

LV.3

2013-10-07 10:29

@sinican

6.設(shè)計(jì)變壓器進(jìn)行計(jì)算(續(xù))計(jì)算開始輸出功率Po=12V*2A=24W輸入功率Pin=Po/η=24W/0.8=30W輸入最低電壓Vin(min)=Vac(min)*sqr(2)=85Vac*1.414=120Vdc輸入最高電壓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) =770uH到此最重要的一步原邊電感量已經(jīng)求出，對于漏感及氣隙，我不建議各位再去計(jì)算和驗(yàn)證漏感Lleakage<5%*Lp

樓主不要TJ啊，還沒結(jié)束啊！Ipeak=4*Iav中4是不是2/Dmax得到的？

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Q2355504931

LV.3

2013-10-07 11:50

**此帖已被管理員刪除**

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rzxrong

LV.1

2013-10-07 12:02

@Q2355504931

**此帖已被管理員刪除**

期待還有更新！

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heshsh

LV.1

2013-10-07 14:15

@sinican

6.設(shè)計(jì)變壓器進(jìn)行計(jì)算(續(xù))計(jì)算開始輸出功率Po=12V*2A=24W輸入功率Pin=Po/η=24W/0.8=30W輸入最低電壓Vin(min)=Vac(min)*sqr(2)=85Vac*1.414=120Vdc輸入最高電壓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) =770uH到此最重要的一步原邊電感量已經(jīng)求出，對于漏感及氣隙，我不建議各位再去計(jì)算和驗(yàn)證漏感Lleakage<5%*Lp

謝謝分享!

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lookingdong

LV.7

2013-10-07 16:33

@rzxrong

期待還有更新！

同問輸入峰值電流 Ipeak = 4 * Iav = 1A 中的 4 是怎么來的？

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sinican

LV.8

2013-10-08 10:31

6. 設(shè)計(jì)變壓器進(jìn)行計(jì)算(續(xù)2)上面計(jì)算了變壓器的電感量，現(xiàn)在我們還需要得到相應(yīng)的匝數(shù)才可以完成整個(gè)變壓器的工作

1）計(jì)算導(dǎo)通時(shí)間 Ton周期時(shí)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(jì)算變壓器初級匝數(shù)Np = Vin(min)*Ton/(ΔB × Ae) = 120Vdc * 6.43us/(0.2 * 82mm2) = 47 T（這里的數(shù)是一定要取整的，而且是進(jìn)位取整，我們變壓器不可能只繞半圈或其它非整數(shù)圈）

3）計(jì)算變壓器 12V 主輸出的匝數(shù)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(shù)(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(jì)算變壓器輔助繞組(aux turning)輸出的匝數(shù)計(jì)算方法與12V主繞組輸出一樣因?yàn)?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(shù)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(shù) 腳位耐壓等安規(guī)方面的要求提出，就可以發(fā)給變壓器廠去打樣了至于氣隙的計(jì)算，以及返回驗(yàn)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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sinican

LV.8

2013-10-08 10:32

6. 設(shè)計(jì)變壓器進(jìn)行計(jì)算(續(xù)3)
上面計(jì)算出匝數(shù)以后，可以直接確定漆包線的粗細(xì)，不需要去進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算
線徑與常規(guī)電阻一樣，都是有定值的，記住幾種常用的定值線徑
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，漆包線的硬度會使操作工人很難繞

很多這一步“計(jì)算”過了以后，還會返回計(jì)算以驗(yàn)證變壓器的窗口面積
個(gè)人認(rèn)為返回驗(yàn)證是多余的，因?yàn)槔@制不下的話，打樣的變壓器廠也會反饋給你，而你驗(yàn)證通過的，在實(shí)際中也不一定會通過；
畢竟與實(shí)際繞制過程中的熟練度，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。

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