BOSHIDA模塊電源 ACDC電源模塊電路設(shè)計的步驟

下面簡單介紹下AC-DC電源模塊電路設(shè)計的步驟。

1、首先是決定模塊電源設(shè)計規(guī)格，接著一邊選擇能滿足該規(guī)格的IC和部件，一邊進(jìn)行設(shè)計。除了電路圖外，還必須設(shè)計基板的線路。之后是進(jìn)行試作和評估、量產(chǎn)的流程。第二個步驟為選擇電源IC，但在設(shè)計基板電源時，幾乎都會設(shè)計成使用電源IC的電路，因此次一個步驟才會是選擇電源IC。

負(fù)責(zé)設(shè)計的工程師其工作范圍會因?yàn)楣竞透鞣N因素而不同，例如原本認(rèn)為不算設(shè)計工作范圍，但可能會和出貨檢查的方法、調(diào)查不良品等有關(guān)。這些都必須反饋至設(shè)計上，且在市場推出產(chǎn)品時，也須完成類似上述的相關(guān)制程。

2、初期設(shè)計中最重要的就是明確要求規(guī)格。這原本就是一開始最重要的步驟，如果未決定整個電路基板的規(guī)格，無可避免地沒有辦法決定AC-DC電源模塊規(guī)格，但卻常聽到愈接近設(shè)計期間，才手忙腳亂的開始設(shè)計。正因?yàn)橐婚_始未做出決定，將無法繼續(xù)進(jìn)行下去，必須利用暫時規(guī)格，根據(jù)推算出必要電壓的負(fù)載電流，開始著手設(shè)計。

在開始時必須決定的主要內(nèi)容如下所述：

(1)輸入電壓范圍、輸出電壓及精度;

(2)負(fù)載電流、有無瞬態(tài);

(3)待機(jī)時功耗、效率;

(4)溫度范圍、冷卻方式;

(5)尺寸大小、高度;

(6)保護(hù)功能，例如過壓、過熱、短路、過載等;

(7)應(yīng)該環(huán)境，例如工業(yè)、車載、航天、軍工等;

(8)成本

如果要出口到國外的產(chǎn)品，必須具備支持該國電壓、全球電壓的通用輸入規(guī)格。有的國家電壓不穩(wěn)定，要討論該國容許誤差的范圍為多少等許多注意事項(xiàng)。元件選擇也會出現(xiàn)相當(dāng)大的波動，這代表在開始時，必須盡可能多地收集相關(guān)信息。嚴(yán)格說來，即使規(guī)格不清不楚，但仍必須硬著頭皮著手設(shè)計。目的為期限內(nèi)設(shè)計出正確的AC-DC電源模塊，設(shè)計上必須保持機(jī)動。

3、決定規(guī)格后，接下來就是選出能滿足該規(guī)格的電源IC。根據(jù)要求事項(xiàng)，決定適合的AC-DC方式為變壓器方式或開關(guān)方式，降壓或升壓，線性或反饋，反激式或正激式，絕緣或非絕緣等，并且選擇電源IC。也就是說選擇電源IC決定了電源方式，基本上電源IC必須采用特殊方式，利用決定的方式選擇電源IC。在設(shè)計使用電源IC時，會因?yàn)槭褂玫碾娫碔C來決定電路和元件。

電源IC規(guī)格不一，具備的功能也不盡相同。在選擇電源IC時，關(guān)鍵要點(diǎn)為找出具備電源上必要功能的IC。如果在裝上電源IC后，為了增加功能還得增加更多外置元件和安裝面積，且設(shè)計和評估的時間也勢必增加。如果能夠順利使用電源IC，將有助于提升設(shè)計的效率。選擇時，會有大是包含小在內(nèi)的提問，其實(shí)關(guān)鍵要點(diǎn)在于廣泛準(zhǔn)備高耐壓和支持大功率的規(guī)格。答案是可兼顧，但考慮效率、外置元件調(diào)整至優(yōu)化，因此并不推薦。

最后是各家制作的開關(guān)電源用IC等元件，彼此之間無法兼容。雖然構(gòu)造非常相似，引腳配置位置卻不同。基本上無法和更換線性穩(wěn)壓器78種系列產(chǎn)品一樣隨意更換，在設(shè)計過程中，規(guī)劃好基板線路后才變更元件，代表著重新設(shè)計，因此在選擇元件時，必須充分加以討論。

4、決定電源IC后，參考該電源IC的技術(shù)規(guī)格的說明或應(yīng)用范例，繼續(xù)進(jìn)行設(shè)計。此時雖然會決定外置的電容器或電阻等的常量，但開關(guān)式AC-DC電源模塊上，設(shè)計變壓器是非常重要的一環(huán)。

設(shè)計外圍元件選定：

(1)主要變壓元件，有變壓器、電橋、二極管、電容器等;

(2)必須使用的電源IC元件;

(3)各種常量的計算及優(yōu)化;

(4)變壓器的設(shè)計，如尺寸、L值、匝數(shù)、設(shè)計構(gòu)造(線徑、層)

變壓器設(shè)計依照以下的步驟進(jìn)行。開始先討論變壓器的尺寸，根據(jù)模塊電源方式、開關(guān)頻率、輸出功率等，決定變壓器的尺寸。為了避免磁飽和，決定主要線圈(一次側(cè)線圈)的L值、各線圈的匝數(shù)。完成后再進(jìn)入設(shè)計構(gòu)造。設(shè)計構(gòu)造時，層構(gòu)造必須考慮結(jié)合度，并確保沿面距離符合安全規(guī)范，以及確認(rèn)是否纏繞成骨架有效繞線槽后，再決定線材的線徑。

5、完成圖紙和元件列表、建立基板布局后，即進(jìn)入試作、評估性能的階段。試作階段從確認(rèn)基本工作開始，不過經(jīng)常不知道什么工作才是正確的。此時可以利用電源IC廠家準(zhǔn)備的評估板，或許細(xì)部規(guī)格會和自己設(shè)計規(guī)格不同，但仍可作為比較、探討的樣本。

電源模塊評估項(xiàng)目有測量效率等諸多項(xiàng)目，如果有適用于AC功率計(電力計)將更便利。當(dāng)然，可以利用電壓表、電流表、鉗形電流表等進(jìn)行測量，但仍推薦使用功率計顯示效率。務(wù)必使用示波器觀察各點(diǎn)的波形，如果未仔細(xì)觀察波形，是無法發(fā)現(xiàn)異常的波形、噪聲和峰波等。評估時，須仔細(xì)確認(rèn)輸出電壓、負(fù)載電流、溫度的余量很重要。如果設(shè)計上對于溫度的余量不足，容易在量產(chǎn)時偏離要求的規(guī)格，或因?yàn)樵撆a(chǎn)品影響到不良率。構(gòu)成電路的元件特性都不一樣，因此必須要了解元件特性，并設(shè)計出能達(dá)到規(guī)格目標(biāo)的產(chǎn)品。

6、調(diào)試和優(yōu)化的工作結(jié)束后，開始判斷是否可以進(jìn)入量產(chǎn)。有時可能無法完全滿足要求規(guī)格，會為了滿足無論如何都不會退讓的規(guī)格要求，必須重新設(shè)計，或是稍微妥協(xié)，討論如何取得權(quán)衡，盡量讓全部AC-DC電源模塊接近目標(biāo)值。最后量產(chǎn)評估沒有問題，開始投入生產(chǎn)，出貨檢查即可銷售。

審核編輯：湯梓紅