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ACDC電源模塊電路設計的步驟

2020-07-30

即使電源工程師擁有足以理解電路圖的知識,必須確認設計順序和相關項目才行,只有這樣才能在工作時記住圖紙以外的工作和具體步驟。雖然基于經驗的做法和判斷是非常重要的訣竅,但在設計電路上,必須結合理論、知識以及經驗,以帶來相輔相成協同效應的方法。 下面簡單介紹下ACDC電源模塊電路設計的步驟

 

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

 

負責設計的工程師其工作范圍會因為公司和各種因素而不同例如原本認為不算設計工作范圍,但可能會和出貨檢查的方法、調查不良品等有關。這些都必須反饋至設計上,且在市場推出產品時,也須完成類似上述的相關制程。

 

2、初期設計中最重要的就是明確要求規格。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格,無可避免地沒有辦法決定ACDC電源模塊規格,但卻常聽到愈接近設計期間,才手忙腳亂的開始設計。正因為一開始未做出決定,將無法繼續進行下去,必須利用暫時規格,根據推算出必要電壓的負載電流,開始著手設計。

 

在開始時必須決定的主要內容如下所述

(1)輸入電壓范圍、輸出電壓及精度;

(2)負載電流、有無瞬態;

(3)待機時功耗、效率;

(4)溫度范圍、冷卻方式;

(5)尺寸大小、高度;

(6)保護功能,例如過壓、過熱、短路、過載等;

(7)應該環境,例如工業、車載、航天、軍工等;

(8)成本

 

如果要出口到國外的產品,必須具備支持該國電壓、全球電壓的通用輸入規格。有的國家電壓不穩定,討論該國容許誤差的范圍為多少等許多注意事項。件選擇也會出現相當大的波動,這代表在開始時,必須盡可能多的收集相關信息。嚴格說來,即使規格不清不楚,但仍必須硬著頭皮著手設計。目的為期限內設計出正確的ACDC電源模塊,設計上必須保持機動。

 

3、決定規格后,接下來就是選出能滿足該規格的電源IC。根據要求事項,決定適合的ACDC方式為變壓器方式開關方式降壓或升壓,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。在設計使用電源IC時,會因為使用的電源IC來決定電路和件。

 

電源IC規格不一,具備的功能也不盡相同。在選擇電源IC時,關鍵要點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件和安裝面積,且設計和評估的時間也勢必增加。如果能順利使用電源IC,將有助于提升設計的效率。選擇時,會有大是包含小在內的提問,其實關鍵要點在于廣泛準備高耐壓和支持大功率的規格。答案是可兼顧,但考慮效率、外置件調整至優化,因此并不推薦。

 

最后是各廠家所制作的開關電源用IC等元件,彼此之間無法兼容。雖然構造非常相似,引腳配置位置卻不同。基本上無法和更換線性穩壓器78種系列產品一樣隨意更換,在設計過程中,規劃好基板線路后才變更件,代表著重新設計,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的技術規格的說明或應用范例,繼續進行設計。此時雖然會決定外置的電容器或電阻等的常量,但開關式ACDC電源模塊上,設計變壓器是非常重要的一環。

 

設計外圍元件選定:

(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化;

(4)變壓器的設計,如尺寸、L值、匝數、設計構造(線徑、層)

 

變壓器設計依照以下的步驟進行。開始先討論變壓器的尺寸,根據模塊電源方式、開關頻率、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(一次側線圈)的L值、各線圈的匝數。完成后再進入設計構造。設計構造時,層構造必須考慮結合度,并確保沿面距離符合安全規范,以及確認是否纏繞成骨架有效繞線槽后,再決定線材的線徑。

 

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

 

電源模塊評估項目有測量效率等諸多項目,如果有適用于AC功率計(電力計)將更便利。當然,可以利用電壓表、電流表、鉗形電流表等進行測量,但仍推薦使用功率計顯示效率。務必使用示波器觀察各點的波形如果未仔細觀察波形,是無法發現異常的波形、噪聲和峰波等。評估時,須仔細確認輸出電壓、負載電流、溫度的余量很重要。如果設計上對于溫度的余量不足,容易在量產時偏離要求的規格,或因為該批產品影響到不良率。構成電路的件特性都不一樣,因此必須要了解件特性,并設計出能達到規格目標的產品。

 

6、調試和優化的工作結束后,開始判斷是否可以進入量產。有時可能無法完全滿足要求規格會為了滿足無論如何都不會退讓的規格要求,必須重新設計,或是稍微妥協,討論如何取得權衡,盡量讓全部ACDC電源模塊接近目標值。最后量產評估沒有問題,開始投入生產,出貨檢查即可銷售。