独自设计一款开关电源其实没有你想象中那么难

Allevi

独自设计一款开关电源其实没有你想象中那么难

! Q- G5 ~5 `5 G+ c4 m; q
' {( [: o2 B* C2 p

设计开关电源很多人觉得很难，其实不然。设计一款开关电源并不难，难就难在做精，等你真正入门了，积累一定的经验，再采用分立的结构进行设计就简单多了。本文将讲解如何一步一步设计开关电源。

/ [1 G8 T+ E) O2 [2 L0 [! ?

开关电源设计的第一步就是看规格，具体的很多人都有接触过，今天我给大家简单讲下设计一款宽范围输入的隔离开关电源。

! x# F/ C7 i+ W' x. E( J- h: O

1、首先确定功率，根据具体要求来选择相应的拓扑结构

# M0 b8 Y( f# `% P' j5 ]! I2 h

这样的一个开关电源一般选择反激式（flyback）基本上可以满足要求。在这里我会选择用公式来计算，有需要分析的，可以拿出来再讨论。

2、选择相应的PWMIC和MOS来进行初步的电路原理图设计

% \1 T. r6 Z% H: o7 B: ]

当我们确定用flyback拓扑进行设计以后，我们需要选择相应的PWMIC和MOS来进行初步的电路原理图设计（sch）。无论是选择采用分立式还是集成的设计，对里面的计算我都会进行分解。

" ?. N6 `: ~0 X

分立式：PWMIC与MOS是分开的，这种优点是功率可以自由搭配，缺点是设计和调试的周期会变长。

5 X) t! b& |8 t% ^

集成式：PWMIC与MOS集成在一个封装里，省去设计者很多的计算和调试分步，适合于刚入门或快速开发的环境。

3、做原理图

# T4 M: [3 D3 v* E" U" ~

确定所选择的芯片以后，开始做原理图（sch）。

8 F) \$ B. r* w+ }' w1 K3 [

设计前最好都先看一下相应的datasheet，确认一下简单的参数。无论是选用PI的集成、384x或OBLD等分立的设计，你都需要参考一下datasheet。一般datasheet里都会附有简单的电路原理图，这些原理图是我们的设计依据。

4、确定相应的参数

当我们将原理图完成以后，需要确定相应的参数才能进入下一步PCB Layout。当然不同的公司各有不同的流程，我们需要遵守相应的流程，养成一个良好的设计习惯。这一步可能会有初步评估、原理图确认，签核完毕后就可以进行计算了。

" L$ @, i, o3 y

开关电源原理图

5、确定开关频率，选择磁芯确定变压器
. w- ^  W4 L, [  V" h& d% E, P

6 n3 M& \2 j/ M% w4 J

芯片的频率可以通过外部的RC来设定，工作频率就等于开关频率，这个外设的功能有利于我们更好的设计开关电源，也可以采取外同步功能。

. p7 O; D: U+ F+ F

一般AC-DC的变换器，工作频率不宜设成超过100kHz，主要是开关电源的频率过高以后，不利于系统的稳定性，更不利于EMC的通过性。频率太高，相应的di/dtdv/dt都会增加，除PI的132kHz工作频率之外，大家可以多参考其它家的芯片，就会总结自己的经验出来。

, h+ G2 d9 ^3 ?% `

对于磁芯的选择，关键是在开关频率和功率的基础，更多的是经验选取。当然计算的话，你需要得到更多的磁芯参数，包括磁材、居里温度和频率特性等等，这个是需要慢慢建立的。

6、设计变压器进行计算

; O; V% L1 f2 |8 f

我们根据输入/输出、开关频率和所选磁芯参数，同时设置好效率、最大占空比、磁感应强度变化等参数，就可以进入下一步计算，得出功率、平均及峰值电压电流、匝数和电感量。这里的输入峰值电流，大约是输入平均电流的4倍，这是个经验，也可以根据下图来推导，很简单的。

0 B" d# _, f. q2 n

峰值电流与平均电流的关系

确认匝数以后，直接确定漆包线的粗细，不需要去进行复杂的计算。

线径与常规电阻一样，都是有定值的，记住几种常用的定值线径就可以。这里，原边电流比较小，可以直接选用φ0.25一股。辅助绕组φ0.25一股。主输出绕组φ0.4或0.5三股，不用选择更粗的，否则绕制起来，漆包线的硬度会使操作工人很难绕。

. Z) b5 c/ b8 U, y6 F, x# G

很多人在这一步“计算”过了以后，还会做返回计算，以验证变压器的窗口面积。个人认为返回验证是多余的，因为绕制不下的话，打样的变压器厂也会反馈给你，而你验证通过的，在实际中也不一定会通过；毕竟与实际绕制过程中的熟练度，及稀疏还是有很大关系的。

1 P& w% q8 h& Z8 o% `# @

再下一步，需要确定输入输出的电容的大小，就可以进行布局和布板了。

) w( J! n$ q* L, j

7、输入输出电解电容计算

1 Q! q* i! q! N( @, r0 `. ?

这里按照上步计算的输入功率和输出电流，最终确定电解电容的规格，根据应用环境选取频率和阻抗，电容Cin理论选值越大，对后级越好，但从成本考虑却不会无限制选取大容量。

基本上到这里，PCB上需要外形确定的器件已经完成，即PCB封装完成；下一步就可通过原理图（sch）定义好器件封装。

& l4 E! D# L+ c# D3 B

8、PCB Layout

4 f# f2 ~& f1 ?3 l; h0 F

上面已经确定变压器，原理图，以及电解电容，接下都是标准件了。

' {6 j. ~1 X# `& o( X0 H* A2 T

由sch生成网络表，在PCBfile里定义好板边然后加载相应的封装库以后，可以直接导入网络表，进行布局；因为这个板相对比较简单，也可以直接布板，但导入网络表是一个非常好的设计习惯。

PCB layout重点不是怎么连线，最重要的是如何布局；一般来说布局OK的话，画板就轻松多了。

( Z. l9 L) ^9 }9 H在布局与布板方面：

1）RCD吸收部分与变压器形成的环面积应尽量小；这样可以减小相应的辐射和传导。

; d$ W: L5 _/ _* A# P2 f! ~

2）地线应尽量的短和宽大，保证相应的零电平有利于基准的稳定。

3）在di/dtdv/dt变化比较大的地方，尽量减小环路和加宽走线，降低不必要的电感特性。

' Q; C; q& ]% r4 _# ^

PCB布局图

( e6 f% l# `$ W! o8 |5 P

9、确定部分参数

我们前几步已经计算了变压器。PCB Layout完成以后，就可以确定变压器的同名端，完整地定义变压器，并发出去打样或自己绕制。

10、调试过程

0 E: w! f! r$ s

完成了以上部分，基本上一个电源算是设计完成，后面的就是焊板调试过程。

, l% X; J5 G" K

调试所需要的简单设备：调压器，示波器，万用表；辅助设备：功率计，LCR电桥和电子负载。

焊完板以后，进行静态检查，如果有LCR电桥的话，可以先测一下变压器同名端，电感量等参数以后再焊接。

静态检查：主要看有没有虚焊，连锡等；静态测试以后，可以用万用表测一下输入、输出是否处于短路状态；剩下就可以进行加电测试了。

电子元器件安装完成

其实开关电源入门很简单，最好的入门是选用单片的结构，毕竟省去了启动电阻，电流检测电阻，MOS及驱动，保护电路等各种不确定因素的问题。等你真正入门了，积累一定的经验，再采用分立的结构进行设计就简单多了，凡事先易后难才有进步。

开关电源是一切电子设备的心脏，哪里有电器哪里就有“开关电源”，在硬件行业中有着非常重要的地位。

xixihahaheihei

流程好清晰啊，谢谢，帮了大忙