开关电源设计全过程

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  

 B(max) = 鐵心飽合的磁通密度(Gauss)?

 Lp = 一次側電感值(uH)?

? Ip = 一次側峰值電流(A)

 Np = 一次側(主線圈)圈數?

 Ae = 鐵心截面積(cm2)?

 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.

 NS = 二次側圈數?

 NP =? 一次側圈數

 Vo = 輸出電壓?

 VD= 二極體順向電壓?

 Vin(min) = 濾波電容上的谷點電壓?

 D =? 工作週期(Duty cycle)

3.2.5 決定Ip值:

 Ip = 一次側峰值電流?

 Iav = 一次側平均電流?

 Pout = 輸出瓦數?

 效率?

 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:

 輸出瓦數13.2W(3.3V/4A),Core = EI-28,可繞面積(槽寬)=10mm,Margin Tape =2 2.8mm(每邊),剩餘可繞面積=4.4mm.

 假設fT = 45 KHz ,Vin(min)=90V,2 =0.7,P.F.=0.5(cosθ),Lp=1600 Uh

 計算式:2

 變壓器材質及尺寸:l

2 由以上假設可知材質為PC-40,尺寸=EI-28,Ae=0.86cm2,可繞面積(槽寬)=10mm,因Margin Tape使用2.8mm,所以剩餘可繞面積為4.4mm.

 假設濾波電容使用47uF/400V,Vin(min)暫定90V.2

l 決定變壓器的線徑及線數:

 假設NP使用0.32ψ的線2

電流密度=

可繞圈數=

2 假設Secondary使用0.35ψ的線

電流密度=

 假設使用4P,則2

電流密度=

可繞圈數=

 決定Dutyl cycle:

&