設計流程

確認基本技術(shù)參數

溫馨提示：應該養成良好的工作習慣，不管產(chǎn)品的功率有多么小，技術(shù)多么簡(jiǎn)單，堅持為每一個(gè)產(chǎn)品制作出一份詳細的技術(shù)規格書(shū)。首先要弄清楚自己是要做一個(gè)什么樣子的產(chǎn)品，這會(huì )讓設計思路更加明確，以及如何展開(kāi)下一步的工作。

技術(shù)參數分兩種：基本的與詳細的。

基本技術(shù)參數一般需要列舉的如下（以60W產(chǎn)品為例）：

最小輸入電壓：85VAC；

最大輸入電壓：265VAC；

輸出電壓電流：12V5A（精度1%）；

最低效率：85%；

工作溫度：-25～+60℃；

詳細的技術(shù)參數比較麻煩，根據不同的情況不同，需要列舉的參數有多又少。一般包括：輸入輸出特性、保護特性、安規、EMC、可靠性、應用環(huán)境、產(chǎn)品尺寸、輸入輸出端口定義、產(chǎn)品標簽、外殼標簽、產(chǎn)品包裝等等。

輸入輸出特性

輸入電壓范圍、輸入頻率、功率因素、最大輸入電流、沖擊電流、輸出電壓范圍、輸出電流范圍、電壓調整率、負載調整率、穩壓精度、紋波峰峰值、整機效率、待機功耗、開(kāi)機延遲時(shí)間、輸出電壓上升時(shí)間、容性負載、開(kāi)關(guān)機過(guò)沖幅度、動(dòng)態(tài)響應時(shí)間、動(dòng)態(tài)響應幅度、以及最小啟動(dòng)電壓。

保護特性

輸入欠壓保護點(diǎn)、輸入欠壓恢復點(diǎn)、輸入過(guò)壓保護點(diǎn)、輸入過(guò)壓恢復點(diǎn)、輸出過(guò)壓保護點(diǎn)、輸出短路保護方式、過(guò)溫保護點(diǎn)、過(guò)溫恢復點(diǎn)。

溫馨提示：對于一些非標準產(chǎn)品，如果不清楚該列舉那些參數，建議參考競爭對手的產(chǎn)品資料或者行業(yè)內最有影響力的供應商。如果這些資料都沒(méi)有，就盡量向標準產(chǎn)品的技術(shù)指標靠近。

設計思路（制定設計方案與參考計算）

根據產(chǎn)品的技術(shù)規格找出設計難點(diǎn)及解決措施

溫馨提示：如果你想最大程度的避免失敗。設計方案應該在立項初期就經(jīng)過(guò)廣泛的內部討論，到底選用什么方案（如特別功率器件、電容、芯片），多聽(tīng)取周?chē)�人的意�?jiàn)，久而久之一定受益匪淺。因為立項前期一般是非正式討論，如果是新手，一定要避免占用別人過(guò)多的時(shí)間。

開(kāi)關(guān)芯片選哪家的？EMI電路如何配置？輸入電容取多少？開(kāi)關(guān)頻率？MOS如何選？二極管？磁芯？輸出電容？好多人在這一步不知如何往下走，下一步將重點(diǎn)分析。

12V5A，通用輸入，標準的配置就是8N60+MBR20100。

需要注意的是，這個(gè)參數不是“算”出來(lái)的，因為計算值跟實(shí)際情況往往差別非常大，有很大的“彈性”。針對如何選型，首先要考慮的是公司倉庫里有什么，能不能用到。設計產(chǎn)品時(shí)，應該是設計的變壓器參數（電壓電流應力等）來(lái)滿(mǎn)足這些元器件的參數。而不是先設計好變壓器，再去尋找半導體元器件，實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程和教材上說(shuō)的是不一樣的。所以，首先要考慮到的是公司目前有沒(méi)有合適的物料。不管是工模電感、半導體，還是電解電容，優(yōu)先采用庫存物料會(huì )大大縮短開(kāi)發(fā)周期和減少各種不確定的因素。

因為開(kāi)關(guān)電源行業(yè)競爭非常激烈，物料選型的第二個(gè)原則是：競爭對手選什么�；蛘呤钦麄�(gè)行業(yè)目前的“流行趨勢”，也可以理解為大家都這么干。有時(shí)候行業(yè)“默認”的做法比第一條原則還要重要。舉個(gè)例子，相當一部分工業(yè)產(chǎn)品“不認可”400V的電解電容，都是450V的，也有部分廠(chǎng)家不認可國產(chǎn)的。再例如，PC電源里面的輸入輸出電容、磁芯等永遠都是那么��！但是這不意味著(zhù)人家是偷工減料，那個(gè)行業(yè)都是那樣，不然電腦怎么會(huì )那么便宜。中小功率產(chǎn)品絕大部分都是600V的MOS，12V輸出大部分都是100V的二極管等等……

物料（參數）選型的第三個(gè)原則，就是查閱半導體公司提供的各種應用文檔、評估板、設計手冊等等。TI、ON、Fairchild、PI、ST、Infineon都有大把技術(shù)文章，而且現在比起前幾年要“友好”很多，都還是中文的，不看可惜了。物料選型時(shí)求助于網(wǎng)路，效率應該是最低的。

對于60W這個(gè)級別的開(kāi)關(guān)電源，我們可以采用下面三種輸入電路，修改若干參數后，前面兩種結構應用在300W以下應該沒(méi)有什么問(wèn)題（需要考慮防雷的場(chǎng)合，輸入端還要加強）。仔細察看這三種結構，會(huì )發(fā)現他們有所相同也有所不同，最大的區別在共模電感配置這一塊。

圖1

注：不管有沒(méi)有強制要求，不管PCB板進(jìn)出線(xiàn)是端子連接還是導線(xiàn)連接，請給L、N、PE等端口做好清晰、正確的絲印。

先從輸入電路①開(kāi)始，從頭至尾來(lái)講一下。

輸入濾波電路也很難進(jìn)行精確計算。某些看起來(lái)并不太科學(xué)（或者并不流行）的設計思路，很多時(shí)候往往會(huì )非常有用。

圖2

F1：保險管的壽命受輸入浪涌電壓和浪涌電流的雙重影響，應該盡可能采用慢恢復型保險管，一般是按照最大輸入電流的兩至三倍選取。AC輸入時(shí)，浪涌電壓的影響可能要嚴重些。電池輸入（低壓），如果輸入端抑制不足，浪涌電流對保險管的影響可能要嚴重些。AC輸入時(shí)，在工業(yè)場(chǎng)合，浪涌電壓也遠比民用場(chǎng)合嚴重，這時(shí)防雷器件（參數及結構配置）的設計對保險管的影響尤其突出，必要時(shí)還要采用雙（三）保險。相關(guān)設計過(guò)程可以參考專(zhuān)門(mén)針對防雷電路、浪涌電流抑制電路的設計文獻。單保險管要接在L線(xiàn)上，且玻璃管引線(xiàn)封裝最好增加一層熱縮套管，并且在PCB板上標明容量。

RT1：熱敏電阻的主要作用是抑制輸入浪涌電流，RT1過(guò)大，發(fā)熱嚴重。RT1過(guò)小，可能會(huì )影響到保險管和輸入電解電容的壽命。輸入沖擊電流一般是硬性指標，選擇RT1時(shí)一定要仔細的核實(shí)最大沖擊電流限制值，如果沒(méi)有給出這項要求，可以參考同等功率級別的其他類(lèi)型產(chǎn)品。在全密封條件下，RT的發(fā)熱可能會(huì )非常嚴重。另外，如果產(chǎn)品要求低溫啟動(dòng)測試，RT阻值會(huì )變得相當大，很可能導致產(chǎn)品無(wú)法正常起機。

X電容：60W的產(chǎn)品，采用0.47uF的X電容，比較保險。換句話(huà)說(shuō)，30W的產(chǎn)品，應該采用0.22uFX電容，120W的產(chǎn)品采用1uF的X電容。盡管這種方法沒(méi)有什么科學(xué)依據，但是確實(shí)屢試不爽。如果喜歡比較有挑戰性的工作，那就另當別論了。X電容與Y電容不同，X電容容量大一點(diǎn)也不會(huì )讓其他地方變得更加惡劣。在成本不是主要因素的情況下，對自己好一點(diǎn)，多留條活路。另外，在圖2中，絕大部分人并不認可C4作用，此處存在了很大爭議性。

Y電容：Y電容的配置有兩個(gè)的，也有四個(gè)的；有102的，也有222、472的，有串磁珠的，也有串電阻的，只要EMI都能過(guò)，只要泄露電流沒(méi)超就都OK.總之五花八門(mén)，千奇百怪。這也反映出人們內心對于Y電容充滿(mǎn)深深的恐懼。其實(shí)Y電容并沒(méi)有錯，性能也較為優(yōu)良，罪魁禍首都在于磁性材料（共模電感、變壓器）及接地方式，后續分析。

MOV1：壓敏電阻的計算方式并沒(méi)有統一標準，一旦對實(shí)際情況估算錯誤（擊穿電壓偏低），反而會(huì )對產(chǎn)品造成嚴重的危害。在防雷要求不高的民用產(chǎn)品中，一般采用14K471居多，工業(yè)場(chǎng)合一般都在500V以上，如14K511，14K561等等。如果你不了解產(chǎn)品的真實(shí)用電環(huán)境（非居民小區用電），要盡量避免使用500V以下的壓敏電阻。不同的行業(yè)，采取的防雷措施不盡相同，這一點(diǎn)一定要認真仔細的研究，特別是與多個(gè)保險管的配置方面。另外，配置防雷管后，耐壓測試時(shí)往往會(huì )出現誤動(dòng)作，這也是讓人頭痛的問(wèn)題。MOV1需要增加熱縮套管。

DB1：小功率產(chǎn)品，選型比較簡(jiǎn)單。從散熱的角度考慮，寬范圍60W產(chǎn)品，整流器的最低規格不應該低于2A.在成本不苛刻的條件下，一般采用4A即可。

對于某些特殊場(chǎng)合，如存在瞬態(tài)高浪涌電壓，整流器的規格應該進(jìn)一步增大。有種情況很少見(jiàn)（但確實(shí)有存在），有部分工程師選擇輸入電解電容時(shí)，會(huì )選擇超大的容量（可能是量不大，又是自家用），而浪涌抑制（熱敏）電阻的規格卻特別小。這時(shí)候強大的沖擊電流會(huì )對保險管和整流器形成致命的威脅。專(zhuān)業(yè)的電源制造公司不會(huì )出現這種情況，而非專(zhuān)業(yè)制造商，在開(kāi)發(fā)系統配套產(chǎn)品時(shí)，由于開(kāi)發(fā)人員經(jīng)驗不足，又缺乏嚴謹的測試規范，而忽略這些潛在的隱患。

共模電感：上面分別給出了三種配置：

方案①，這種配置比較多。我們經(jīng)�？吹降那闆r是：前級一個(gè)￠8～￠16的小磁環(huán)（30～1000uH），后級采用一個(gè)￠20～￠25的大磁環(huán)（15～30mH），前級作用在高頻，后級低頻，高低搭配剛好合適。

方案②，這種情況也較為常見(jiàn)，前后兩個(gè)一模一樣的共模線(xiàn)圈，非常美觀(guān)。采用這種配置時(shí)，為了保證較好的濾波效果（降低分布電容），每一級的電感量（匝數）不能太高。這樣不僅會(huì )降低共模電感的分布電容，繞制工藝也會(huì )相對簡(jiǎn)單，而且美觀(guān)，就是成本較高。

方案③，一般對EMI要求較低的產(chǎn)品較多使用，低成本EE型共模電感最為常見(jiàn)。部分對成本要求苛刻的產(chǎn)品中，不少人也會(huì )采用單個(gè)￠18～25左右的磁環(huán)來(lái)設計，這需要開(kāi)發(fā)人員具備足夠的經(jīng)驗及技巧。共模電感的材質(zhì)、形狀、繞制工藝對濾波效果影響較大，而且EMI濾波元件配置與整機結構也有很大的關(guān)系。很多人不知道如何去計算共模電感值，下面是一種參考方法（適用于中小功率）。

100KHZ——30mH

1.0MHZ——3.0mH

10MHZ——300uH

100MHZ——30uH

5.0MHZ——600uH

30MHZ——100uH

在傳導測試時(shí)，3*F、1MHZ、5MHZ、20～30MHZ這四個(gè)點(diǎn)容易出問(wèn)題。

注：

1、這種方法，只具有規律性，而沒(méi)有科學(xué)性；

2、共模電感的材質(zhì)、形狀、繞制工藝對其濾波效果影響非常大；

3、共模電感不會(huì )飽和（對稱(chēng)繞制），但會(huì )產(chǎn)生較高的浪涌電壓；

4、共模磁環(huán)，最好只繞兩層，在磁環(huán)繞制工藝方面建議多下點(diǎn)功夫；

5、共模濾波的設計原則是如何讓其更有效；

壓敏電阻的計算需要考慮到輸入阻抗（熱敏電阻、差模電感、共模電感）、保險管容量、CIN大小等等多種因素。（特別是很多產(chǎn)品的保險管并不是單純的熔絲，而且壓敏電阻也并不一定是剛好在FUSE之后。而且L-N與L、N-PE測試時(shí)，需要分別考慮其影響。）

EMC中的四級只是一個(gè)測試標準，沒(méi)辦法去量化計算，符不符合要求，應該取決于以下四點(diǎn)：

1、輸出電壓有沒(méi)有跌落（保護）現象；

2、產(chǎn)品會(huì )不會(huì )損壞；

3、保險管是否存在嚴重的損傷；

4、共模電感的飛弧控制措施；

Cin、Vacmin、Vdcmin之間的秘密

85～265VAC輸入，12V5A輸出。

①現實(shí)情況：選擇100uF/400V的電解電容，估計不會(huì )引起太大爭議。

②3uF/W法則：3uF﹡60W=180uF，考慮到效率因素，選擇220uF.

由于Ton、Ae、Bac都可以輕松計算出來(lái)（如果定義為已知量），那么，Np的大小，完全是由Vdcmin決定的。很明顯，此時(shí)Vdcmin也決定了LP的大小。而很多人的計算流程關(guān)于Vdcmin的描述比較簡(jiǎn)單，估計是受教科書(shū)的影響，準確來(lái)說(shuō)是沒(méi)有真正理解。

假設環(huán)境溫度25℃，60W輸出，85%的效率，Vdcmin計算值如下：

（Vdcmin受多種因素影響，下面的數據是采用PI公司的電子數據表格計算出來(lái)的，僅供參考）

經(jīng)典、權威教材無(wú)一例外的提到：Vdcmin=Vacmin﹡1.414，實(shí)際情況并非如此，那么問(wèn)題出在哪里？可以肯定的是，這些教材在Vdcmin計算問(wèn)題上，犯錯的可能性較小。好多人設計產(chǎn)品時(shí)，不假思索的引用Vac*1.414，而從來(lái)不顧慮到Cin容量的大小。

Vdcmin=Vacmin﹡1.414

成立的前提條件是——必須定義合理的紋波電壓百分比。（紋波電壓百分比=Vdcmax-Vdcmin/Vdcmax；Vdcmax=Vacmin*1.414）

換句話(huà)稅，Cin必須滿(mǎn)足Vdcmin，否則公式不成立。這也是Cin在寬范圍輸入時(shí)選取3uF/W，窄范圍輸入選取1uF/W的由來(lái)。說(shuō)句題外話(huà)，很多12V5A的適配器，采用100uF的電解電容，但是其輸入電壓范圍卻是100～265VAC，會(huì )是這個(gè)原因嗎？

Cin選取法則：

1、寬范圍輸入3uF/W，窄范圍輸入1uF/W；

2、寬范圍輸入，確保紋波電壓不高于15%（即保證Vdcmin≈100V）；

窄范圍輸入，確保紋波電壓不高于20%（即保證Vdcmin≈200V）；

3、如果Vdcmin不足，增大Cin容量，直至紋波電壓滿(mǎn)足要求；

4、如果考慮到壽命因素，Cin需要在此基礎上進(jìn)一步增大；

5、Cin的容量受低溫的影響非常明顯，此時(shí)Cin需要在此基礎上進(jìn)一步增大；

6、Cin也有紋波電流限制的要求，但關(guān)注較少。

7、如果不曉得如何計算Vdcmin，也沒(méi)有安裝軟件，那就拿起示波器去實(shí)測吧！要求低溫工作時(shí)，更應該如此。

本篇文章是一個(gè)不錯的開(kāi)始，從一個(gè)經(jīng)驗豐富的電源設計者角度，對反激變壓器的基礎參數設計，以及設計思路進(jìn)行了梳理和分析，這對初學(xué)者來(lái)說(shuō)是有很大的價(jià)值的。在下一節當中，小編將為大家帶來(lái)關(guān)于工作模式的一些分析，歡迎大家繼續關(guān)注。