論壇里對各種拓撲和很多具體的技術問題已經有了太多的討論,但對于設計流程似乎關心的人并不多,很多人只是碰到問題了就上來發問,希望立即得到幫助直至問題解決。不過我覺得技術的積累離不開好的工作方法,所以想談一談這個問題,希望大家也可以分享自己的心得。
首先,我認為要做設計必須要知道輸入輸出條件,即客戶能提供什么條件同時又有什么要求。這一步是至關重要的,很多項目到最后進行不下去了,回頭一看才發現很多東西開始就沒弄明白,浪費了大家很多時間。有很多條件是必須要知道的,這個通常不會有問題,例如:輸入電壓范圍、輸出電壓、輸出電流、輸入輸出接口、形狀、效率、散熱方式、工作溫度、絕緣強度;但是其他條件大家通常就不太關心了,例如:防雷等級、防火或防水或防塵要求、振動強度、海拔、工作濕度、酸/鹽霧、抗性負載、動態負載、啟動(關機)時間/時序,等等。在設計開始之前,盡可能的了解客戶的實際應用情況是十分必要的,當然如果是針對某些通用領域的應用,則需要盡可能多學習相關認證標準,現在在電源領域從業人員較多的行業應該是燈具和信息設備領域,不管在哪個行業,都要先學習本行業的相關標準。
第二,清楚了要做一個什么東西并且受到什么制約之后,然后再來確定設計方案,包括:有無外殼(形狀、材質)、電路拓撲、估算效率、根據散熱方式對主要功能模塊或器件進行預布局、估算成本、再進一步可以用3D設計軟件做一個外觀圖、甚至可以做個外觀模型進行試裝配。這個部分對經驗要求很高,如果經驗不足的話,基本上就只能確定一個外殼和拓撲,或者直接抄一個電路。抄板這種事我覺得干個一次兩次問題不大,經常做就會限制你的進步,到頭來損害的還是自己的長遠利益。經驗不足,這個過程就是學習的過程,選定一個合適的拓撲可以讓后面的工作變得容易得多,比如一個電焊機,如果你選了一個半橋/全橋拓撲,那么達到同樣的效果可能要比正激費事很多。
第三,電路拓撲和測試標準都弄明白了,接下來就是真正的設計。原理圖設計是開端,根據電路拓撲可以選擇控制方式,自激、他激、分立元件、IC控制(模擬/數字)。電源設計需要多方面的知識,模擬電子、電磁學、結構和散熱、生產工藝都要有所了解,這是一個積累的過程,所以也不要畏懼困難,剛開始有很多東西不明白是正常的,做一個項目就能學到一些東西,那么3、5個項目之后就可以勉強做到獨擋一面了。通常科班出身的設計者對于電路和磁學的興趣很大,因為學校里學的好多東西都在這里面;而從實踐出發,由技術員或電子愛好者逐漸摸索而成的工程師,他們往往更注重外觀、結構、工藝等非理論性的東西。其實我更偏向于后者,我們的職業名稱最貼切的應該叫電源應用工程師,所以在沒有重大技術進步之前,同樣的拓撲和類似的電路圖,產品拼的還是其他方面的東西,比如蘋果的充電器也是用原邊反饋的反激電路,但它的價格就不是普通充電器能比的了。當然,要壓縮體積、做成比較漂亮的形狀還是需要一些理論功底的,特別是磁學,芯片可以買但變壓器都要自己做的,如果不太懂磁學是很難實現自己開模做一個定制電感或變壓器的。對于更大功率或者說更復雜的拓撲設計,那就更需要理論來支撐了,把反激的每一個器件的計算和選型都弄明白可能都要花5年時間,要全靠經驗積累來做大功率電源實在是有些勉強,但也不是說沒上過大學就做不了,可以自學一些理論嘛,什么東西只要用心去學就不難,未必非要在學校里學。
具體產品設計包含的東西很多,原理圖初步完成之后就需要根據結構尺寸和散熱條件對關鍵功率器件進行選型,這里會涉及到很多計算,尤其是磁性元器件的計算。比如一個電感/變壓器,已知拓撲結構并算出了電感量、電流大小,那么應該選一個什么磁心來繞呢?不同材質的磁心做同樣功能的電感/變壓器,體積和性能的差別就太大了;同理對功率半導體而言,是單管還是多管串/并聯,散熱片的大小和 fin 的朝向,如果有風扇是用抽風還是吹風,同樣是400V/220uF的電解電容用多高溫度多長壽命的? 諸如此類的問題都要盡可能的考慮,每一個器件都要仔細核算其工作電壓、電流、功率,盡量優化,爭取能用0805就不用1206,還要考慮你所工作的工廠的工藝水平,有的能用0603甚至0402,有的在保證質量的前提下只能加工0805以上封裝的。如果會仿真的話,把這些器件選好之后,仿一仿可以增強信心,減少后期返工的可能性,但計算不到位的話,即使仿真波形很漂亮也不能保證后期沒有大問題,基本功不到位,仿出來的東西和實際的東西會差很多。
今天先寫這么多,可能條理不是很清楚,抽時間再補充完善,歡迎大家也都來分享一些自己的心得。為了方便大家閱讀,我就在第一帖編輯了