即使電源工程師擁有足以理解電路圖的知識,也必須先確認(rèn)設(shè)計順序和相關(guān)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(jīng)驗的做法和判斷是非常重要的訣竅,但在設(shè)計電路上,必須結(jié)合理論、知識以及經(jīng)驗,以帶來相輔相成協(xié)同效應(yīng)的方法。
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為公司和各種因素而不同,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。正因為一開始未做出決定,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。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,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,會因為使用的電源IC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。
最后是各廠家所制作的開關(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:
(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(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,或因為該批產(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。
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