開關電源內部研發設計教程

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發表于 2014-10-28 20:14:48 | 只看該作者回帖獎勵

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1       目的
希望以簡短的篇幅，將公司目前設計的流程做介紹，若有介紹不當之處，請不吝指教.

2       設計步驟:
2.1       繪線路圖、PCB Layout.
2.2       變壓器計算.
2.3       零件選用.
2.4       設計驗證.

3       設計流程介紹(以DA-14B33為例):
3.1       線路圖、PCB Layout請參考資識庫中說明.
3.2       變壓器計算:
變壓器是整個電源供應器的重要核心，所以變壓器的計算及驗証是很重要的，以下即就DA-14B33變壓器做介紹.
3.2.1    決定變壓器的材質及尺寸:
依據變壓器計算公式

Ø       B(max)  = 鐵心飽合的磁通密度(Gauss)
Ø       Lp = 一次側電感值(uH)
Ø       Ip = 一次側峰值電流(A)
Ø       Np = 一次側(主線圈)圈數
Ø       Ae = 鐵心截面積(cm2)
Ø       B(max) 依鐵心的材質及本身的溫度來決定，以TDK Ferrite Core PC40為例，100℃時的B(max)為3900 Gauss，設計時應考慮零件誤差，所以一般取3000~3500 Gauss之間，若所設計的power為Adapter(有外殼)則應取3000 Gauss左右，以避免鐵心因高溫而飽合，一般而言鐵心的尺寸越大，Ae越高，所以可以做較大瓦數的Power。
3.2.2    決定一次側濾波電容:
濾波電容的決定，可以決定電容器上的Vin(min)，濾波電容越大，Vin(win)越高，可以做較大瓦數的Power，但相對價格亦較高。
3.2.3    決定變壓器線徑及線數:
當變壓器決定後，變壓器的Bobbin即可決定，依據Bobbin的槽寬，可決定變壓器的線徑及線數，亦可計算出線徑的電流密度，電流密度一般以6A/mm2為參考，電流密度對變壓器的設計而言，只能當做參考值，最終應以溫昇記錄為準。
3.2.4    決定Duty cycle (工作週期):
由以下公式可決定Duty cycle ，Duty cycle的設計一般以50%為基準，Duty cycle若超過50%易導致振盪的發生。

Ø          NS = 二次側圈數
Ø          NP = 一次側圈數
Ø          Vo = 輸出電壓
Ø          VD= 二極體順向電壓
Ø          Vin(min) = 濾波電容上的谷點電壓
Ø          D = 工作週期(Duty cycle)
3.2.5    決定Ip值:

Ø       Ip = 一次側峰值電流
Ø       Iav = 一次側平均電流
Ø       Pout = 輸出瓦數
Ø       效率
Ø       PWM震盪頻率
3.2.6    決定輔助電源的圈數:
依據變壓器的圈比關係，可決定輔助電源的圈數及電壓。
3.2.7    決定MOSFET及二次側二極體的Stress(應力):
依據變壓器的圈比關係，可以初步計算出變壓器的應力(Stress)是否符合選用零件的規格，計算時以輸入電壓264V(電容器上為380V)為基準。
3.2.8    其它:
若輸出電壓為5V以下，且必須使用TL431而非TL432時，須考慮多一組繞組提供Photo coupler及TL431使用。
3.2.9                                  將所得資料代入公式中，如此可得出B(max)，若B(max)值太高或太低則參數必須重新調整。
3.2.10                            DA-14B33變壓器計算:
²    輸出瓦數13.2W(3.3V/4A)，Core = EI-28，可繞面積(槽寬)=10mm，Margin Tape = 2.8mm(每邊)，剩餘可繞面積=4.4mm.
²    假設fT = 45 KHz ，Vin(min)=90V， =0.7，P.F.=0.5(cosθ)，Lp=1600 Uh