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隔離開關(guān)電源模塊設(shè)計(jì)流程簡介

2020-08-26

開關(guān)電源有各種類型的電路,可以根據(jù)其不同特長而設(shè)計(jì)出能夠滿足不同應(yīng)用場合的電源。下面簡單講解下設(shè)計(jì)一款隔離開關(guān)電源模塊的流程。


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),如隔離開關(guān)電源模塊一般選擇反激式基本上可以滿足要求。


選擇相應(yīng)的PWMICMOS來進(jìn)行初步的電路原理圖設(shè)計(jì)

當(dāng)我們確定用反激式拓?fù)溥M(jìn)行設(shè)計(jì)以后,我們需要選擇相應(yīng)的PWMICMOS來進(jìn)行初步的電路原理圖設(shè)計(jì),可選擇分立式或是集成式設(shè)計(jì)。分立式PWMICMOS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。集成式PWMICMOS集成在一個封裝里,省去設(shè)計(jì)者很多的計(jì)算和調(diào)試分步,適合剛?cè)腴T或快速開發(fā)的工程師。


做原理圖

確定所選擇的芯片以后,開始做原理圖。設(shè)計(jì)前最好都先看一下相應(yīng)的datasheet,確認(rèn)一下簡單的參數(shù)。無論是選用PI的集成、384xOBLD等分立的設(shè)計(jì),你都需要參考一下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)。


確定相應(yīng)的參數(shù)

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


確定開關(guān)頻率,選擇磁芯確定變壓器

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。一般ACDC電源模塊,工作頻率不宜設(shè)成超過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。對于磁芯的選擇,關(guān)鍵是在開關(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、居里溫度和頻率特性等等。


設(shè)計(jì)變壓器進(jìn)行計(jì)算

我們根據(jù)輸入/輸出、開關(guān)頻率和所選磁芯參數(shù),同時(shí)設(shè)置好效率、最大占空比、磁感應(yīng)強(qiáng)度變化等參數(shù),就可以進(jìn)入下一步計(jì)算,得出功率、平均及峰值電壓電流、匝數(shù)和電感量。


確認(rèn)匝數(shù)以后,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就可以。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。


輸入輸出電解電容計(jì)算:

這里按照上步計(jì)算的輸入功率和輸出電流,最終確定電解電容的規(guī)格,根據(jù)應(yīng)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無限制選取大容量。 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,下一步就可通過原理圖定義好器件封裝。


PCB Layout

上面已經(jīng)確定變壓器、原理圖以及電解電容,接下來都是標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)的封裝庫以后,可以直接導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表,進(jìn)行布局。


在布局與布板的RCD吸收部分與變壓器形成的環(huán)面積應(yīng)盡量小這樣可以減小相應(yīng)的輻射和傳導(dǎo)。地線應(yīng)盡量的短和寬大,保證相應(yīng)的零電平有利于基準(zhǔn)的穩(wěn)定。在di/dtdv/dt變化比較大的地方,盡量減小環(huán)路和加寬走線,降低不必要的電感特性。


確定部分參數(shù):

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。


調(diào)試過程

完成了以上部分,基本上一個隔離開關(guān)電源模塊算是設(shè)計(jì)完成,后面的就是焊板調(diào)試過程。調(diào)試所需要的簡單設(shè)備調(diào)壓器示波器萬用表等,輔助設(shè)備功率計(jì)、LCR電橋和電子負(fù)載。焊完板以后,進(jìn)行靜態(tài)檢查,如果有LCR電橋的話,可以先測一下變壓器同名端電感量等參數(shù)以后再焊接。靜態(tài)檢查主要看有沒有虛焊連錫等靜態(tài)測試以后,可以用萬用表測一下輸入、輸出是否處于短路狀態(tài),最后就可以進(jìn)行加電測試了。

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