AC/DC PWM方式反激式轉換器設計方法　總結

本篇以“AC/DC PWM方式反激式轉換器設計方法”為題，重溫絕緣型反激式轉換器的基礎、說明設計步驟、規格決定、電源IC的選擇以及實際的電路設計和基板布局等事宜，這里“總結”如下。

開關電源電路基本上屬于模擬電路，其設計原則不變。但開關包含大電流ON/OFF的工作在內，因此設計時必須考慮高頻諧波和EMI。

AC/DC轉換器會使用到數百伏特的高電壓，和傳感器電路等不同，必須使用高耐壓部件，因此設計者須具備絕緣和高耐壓部件相關知識。

從絕緣電源的角度來看，必須設計變壓器。雖然部件簡單不復雜，但不適合沒有操作經驗的人員設計，是電源電路上基本且非常重要的部件。

決定部件常量時，會利用計算公式取得常量，或根據電路條件和過往經驗，決定大略的數值?？上У氖前瑳Q定余量的方法在內，根據經驗法則做出決定終非正確做法，仍應該重復設計、試作、評估后再決定各項常量。
無論如何，由于它屬于模擬電路，因此決定常量的方法大部分都是“大致上這樣”，其中可能有無法同意的做法，但相對來說，也并非要常量完全吻合才能工作，在允許某一程度落差的組合中，或許只要調整至優化就可以取得協調。也就是說，由3位設計人員設計同一規格的電源，例如反激的基本構造或許一樣，但細部卻是三人三種。這可說是設計模擬電路、電源電路有趣的地方。

以下將總結本篇說明過的項目，特別是“2．設計步驟”開始每一個項目的關鍵要點。各階段都有應仔細理解的內容，希望各位能再次確認。

＜AC/DC PWM方式反激式轉換器設計方法＞

絕緣型反激式轉換器的基礎

開關AC/DC轉換

反激式轉換器的特征

反激式轉換器的工作和緩沖

不連續模式與連續模式

設計步驟

關鍵要點

?在一開始設計時，大多尚未決定電源的規格，但仍推薦盡量在確認好規格后，再開始著手設計。

?在實際設計電源時，電源IC占了非常重要的地位，會因為使用的IC來決定電路和部件。

?在判斷能否量產時，除了符合、不符合要求規格外，也必須權衡調整。

電源規格的決定

關鍵要點

?在開始設計時，應盡可能收集必要的資料，在可以變更的前提下，于容許范圍內彈性設計電源規格。

設計使用IC的選擇

關鍵要點

?近年來電源設計，會根據所使用的電源IC，大略決定電路和部件，因此請參考電路范例等來構思整個電路。

絕緣型反激式轉換器電路設計

變壓器設計（數值計算）

關鍵要點

?基本上需要滿足設計電路的變壓器設計。

?有不少工程師覺得變壓器設計非常麻煩，因此可以尋求IC廠商和變壓器廠商支援。

變壓器設計（構造設計）－其1

變壓器設計（構造設計）－其2

關鍵要點

?計算出數值后，進入具體的變壓器構造的設計。

?計算出數值后，如果能大略完成構造設計，有望在變壓器廠商等的協助下，設計出最終版本。

主要部件的選定－MOSFET相關 其1

關鍵要點

?選定開關晶體管（MOSFET）主要考量漏極－源極間耐壓、峰值電流、導通電阻損耗、封裝容許損耗。

?單純的紙上計算仍很難嚴謹地做出選定，仍須靠經驗法則和實際測量才行。

主要部件的選定－MOSFET相關 其2

關鍵要點

?為了控制開關用晶體管（MOSFET）的工作，依據電源IC的規格設計電路。

?請遵照電源IC的技術規格中，所記載的決定電路、常量的方法等內容。

主要部件的選定－CIN和緩沖

關鍵要點

?輸入電容器CIN能在輸入電源瞬斷或開關時，補足所流入的輸入電流，是電路上非常重要的裝置。

?基本上緩沖電路為必要配件，能在輸入產生浪涌時，保護開關晶體管。

主要部件的選定－輸出整流器和Cout

關鍵要點

?基本的電路工作與二極管整流式DC/DC轉換器相同。

?輸出整流二極管，使用損耗小的肖特基二極管、快速恢復二極管。

?輸出電容器所使用的電解電容器，要根據紋波電流和壽命充分考量。

主要部件的選定－IC的VCC相關

關鍵要點

?電源IC必須使用電源IC內的控制電路用的低電壓DC電源（呼稱例：VCC等），一般而言會使用變壓器的輔助繞組（其他呼稱：VCC繞組、三級繞組等）。

?電源的生成大多利用簡單的二極管整流。

?電壓依照IC規格，特別是AC/DC是從高電壓轉換而來，必須注意不要超過額定值。

主要部件的選定－IC的設定、其他

關鍵要點

?使用電源IC的設計中，除了基本部件（橋式二極管、變壓器等）外，還需電源IC功能設定等部件。

?電源IC部件的常量等遵照技術規格、應用備忘錄、設計手冊等的說明。

?大多用來設定保護電路的差動等級和限制值等，主要有電阻和電容器等部件。

EMI對策及輸出噪聲對策

關鍵要點

?開關電源是潛在的EMI源頭，必須同時針對傳導噪聲和輻射噪聲采取對策。

?從EMC的角度來看，主要是輻射（輻射噪聲）對策。

?基本對策是噪聲濾波器的設置，與基板布局或基本部件也有關系。

基板布局例

關鍵要點

?開關電源設計時，基板布局會對電源性能和EMC造成非常大的影響。

?基本上會流過大電流的線盡量粗、盡量縮短、環路盡量縮小。

?控制信號線和噪聲多的線分開配置，也不能經過變壓器正下方。

審核編輯黃宇