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  • AC/DC电源模块电路设计的步骤介绍
    • 发布时间:2020-12-22 16:26:16
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    AC/DC电源模块电路设计的步骤介绍
    即使电源工程师拥有足以理解电路图的知识,也必须先确认设计顺序和相关项目才行,只有这样才能在工作时记住图纸以外的工作和具体步骤。虽然基于经验的做法和判断是非常重要的诀窍,但在设计电路上,必须结合理论、知识以及经验,以带来相辅相成协同效应的方法。 下面简单介绍下AC/DC电源模块电路设计的步骤。
    1、首先是决定模块电源设计规格,接着一边选择能满足该规格的IC和部件,一边进行设计。除了电路图外,还必须设计基板的线路。之后是进行试作和评估、量产的流程。第二个步骤为选择电源IC,但在设计基板电源时,几乎都会设计成使用电源IC的电路,因此次一个步骤才会是选择电源IC。
    负责设计的工程师其工作范围会因为公司和各种因素而不同,例如原本认为不算设计工作范围,但可能会和出货检查的方法、调查不良品等有关。这些都必须反馈至设计上,且在市场推出产品时,也须完成类似上述的相关制程。
    2、初期设计中最重要的就是明确要求规格。这原本就是一开始最重要的步骤,如果未决定整个电路基板的规格,无可避免地没有办法决定AC/DC电源模块规格,但却常听到愈接近设计期间,才手忙脚乱的开始设计。正因为一开始未做出决定,将无法继续进行下去,必须利用暂时规格,根据推算出必要电压的负载电流,开始着手设计。
    在开始时必须决定的主要内容如下所述:
    (1)输入电压范围、输出电压及精度;
    (2)负载电流、有无瞬态;
    (3)待机时功耗、效率;
    (4)温度范围、冷却方式;
    (5)尺寸大小、高度;
    (6)保护功能,例如过压、过热、短路、过载等;
    (7)应该环境,例如工业、车载、航天、军工等;
    (8)成本
    如果要出口到国外的产品,必须具备支持该国电压、全球电压的通用输入规格。有的国家电压不稳定,要讨论该国容许误差的范围为多少等许多注意事项。元件选择也会出现相当大的波动,这代表在开始时,必须尽可能多地收集相关信息。严格说来,即使规格不清不楚,但仍必须硬着头皮着手设计。目的为期限内设计出正确的AC/DC电源模块,设计上必须保持机动。
    3、决定规格后,接下来就是选出能满足该规格的电源IC。根据要求事项,决定适合的AC/DC方式为变压器方式或开关方式,降压或升压,线性或反馈,反激式或正激式,绝缘或非绝缘等,并且选择电源IC。也就是说选择电源IC决定了电源方式,基本上电源IC必须采用特殊方式,利用决定的方式选择电源IC。在设计使用电源IC时,会因为使用的电源IC来决定电路和元件。
    电源IC规格不一,具备的功能也不尽相同。在选择电源IC时,关键要点为找出具备电源上必要功能的IC。如果在装上电源IC后,为了增加功能还得增加更多外置元件和安装面积,且设计和评估的时间也势必增加。如果能够顺利使用电源IC,将有助于提升设计的效率。选择时,会有大是包含小在内的提问,其实关键要点在于广泛准备高耐压和支持大功率的规格。答案是可兼顾,但考虑效率、外置元件调整至优化,因此并不推荐。
    最后是各厂家所制作的开关电源用IC等元件,彼此之间无法兼容。虽然构造非常相似,引脚配置位置却不同。基本上无法和更换线性稳压器78种系列产品一样随意更换,在设计过程中,规划好基板线路后才变更元件,代表着重新设计,因此在选择元件时,必须充分加以讨论。
    4、决定电源IC后,参考该电源IC的技术规格的说明或应用范例,继续进行设计。此时虽然会决定外置的电容器或电阻等的常量,但开关式AC/DC电源模块上,设计变压器是非常重要的一环。
    设计外围元件选定:
    (1)主要变压元件,有变压器、电桥、二极管、电容器等;
    (2)必须使用的电源IC元件;
    (3)各种常量的计算及优化;
    (4)变压器的设计,如尺寸、L值、匝数、设计构造(线径、层)
    变压器设计依照以下的步骤进行。开始先讨论变压器的尺寸,根据模块电源方式、开关频率、输出功率等,决定变压器的尺寸。为了避免磁饱和,决定主要线圈(一次侧线圈)的L值、各线圈的匝数。完成后再进入设计构造。设计构造时,层构造必须考虑结合度,并确保沿面距离符合安全规范,以及确认是否缠绕成骨架有效绕线槽后,再决定线材的线径。
    5、完成图纸和元件列表、建立基板布局后,即进入试作、评估性能的阶段。试作阶段从确认基本工作开始,不过经常不知道什么工作才是正确的。此时可以利用电源IC厂家准备的评估板,或许细部规格会和自己设计规格不同,但仍可作为比较、探讨的样本。
    电源模块评估项目有测量效率等诸多项目,如果有适用于AC功率计(电力计)将更便利。当然,可以利用电压表、电流表、钳形电流表等进行测量,但仍推荐使用功率计显示效率。务必使用示波器观察各点的波形,如果未仔细观察波形,是无法发现异常的波形、噪声和峰波等。评估时,须仔细确认输出电压、负载电流、温度的余量很重要。如果设计上对于温度的余量不足,容易在量产时偏离要求的规格,或因为该批产品影响到不良率。构成电路的元件特性都不一样,因此必须要了解元件特性,并设计出能达到规格目标的产品。
    6、调试和优化的工作结束后,开始判断是否可以进入量产。有时可能无法完全满足要求规格,会为了满足无论如何都不会退让的规格要求,必须重新设计,或是稍微妥协,讨论如何取得权衡,尽量让全部AC/DC电源模块接近目标值。最后量产评估没有问题,开始投入生产,出货检查即可销售。
    电源模块
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