經典指南：你真的了解開關電源嗎？（上）鏈接

設計參數的確定：

　　1、磁感應強度B和電流密度J

　　磁感應強度B、變壓器銅耗Pm、電流密度J

　　2、變壓器和線圈的結構參數

　　銅線占空系數、平均匝長、變壓器表面積、磁芯結構常數；

　　鐵氧體材料的開關電源變壓器采用標準化設計，通過查表的方法簡化工作量；

　　表格包含了如下信息：變換器類型、工作頻率、變壓器溫升、磁芯規格；

　　技術指標：直流功率、增量磁感、剩余磁感、電流密度、電壓調整率、電感系數；

　　損耗指標：磁芯損耗、線圈銅耗、散熱面積、單位損耗、效率；

　　結構參數：結構常數、平均匝長、等效截面、磁路長度、氣隙厚度、磁芯體積；

　　線圈參數：初級每匝伏數、次級每匝伏數、繞線寬度、繞線厚度、占空系數。

　　開關電源設計舉例

　　設計一個標準的多輸出電源的穩態設計規格：

　　1、輸入電壓范圍：85 ~ 264 VAC

　　2、輸出#1：5V/50A

　　輸出#2：3.3V/40A 滿足：I1 + I2 《= 55A

　　輸出#3：12V/12A

　　輸出#4：-12V/4A

　　3、輸出電壓紋波：

　　3、輸出電壓紋波：

　　4、模塊滿載效率：≥70%

　　5、輸入功率因數：0.99TYP

　　6、電壓調整率：≤+-1%

　　7、負載調整率：輸出#1 ≤+-0.5%，其它輸出 ≤+-3%

　　8、模塊幾何尺寸：長 * 寬 * 高

　　9、模塊環境溫度：-20 ~ 50攝氏度

　　10、溫度系數：≤0.02%

　　11、輸出保持時間：16ms

　　設計必須實現的功能：

　　1、全范圍內的正常開關機

　　2、全范圍內的輸出穩壓且滿足各項電性能指標

　　3、實現規格書要求的自動保護

　　4、輸出#1 ~ 輸出#3的輸出并聯均流

　　5、輸出#1和輸出#2的遠端補償

　　6、實現規格書的安全要求

　　7、實現規格書的EMI要求

　　8、實現規格書的熱插拔要求

　　9、實現規格書的MTBF要求

　　10、實現規格書的成本要求

　　11、實現規格書的通斷邏輯功能要求

　　開關電源設計優化：當我們設計完成一個開關電源以后，只是大致實現了其功能和指標，還需要進行各種優化。

　　1、功率級參數的優化

　　在選定功率級拓撲后，可利用前面的知識和穩態工作點選擇對功率參數進行優化，使得：

　　---開關功率器件的損耗最小

　　---功率變壓器和濾波器電感，濾波電容等的體積最小

　　---電源整機的功率密度最高

　　---功率級的Layout最合理等等

　　在這些優化中，最重要的是功率變壓器的優化，其變比，其繞法都會直接影響其他功率元器件的選擇和整個功率級的效率及功率密度。合理地選擇功率開關器件和它們的驅動電路及吸收電路，對功率級的性能也很重要。

　　2、環路參數的優化

　　在選定功率級拓撲和控制策略后，可利用前面的知識在功率級參數優化的基礎上，對環路參數進行優化，使得：

　　---盡量減小閉環電壓音頻隔離度，從而減小PFC濾波電容

　　---盡量減小閉環輸出阻抗，從而減小DC輸出濾波電容

　　在環路優化中，最重要的是補償器參數，調制器參數（如外部斜波補償含量）和光耦電路參數的優化。其中，電源整機的PCB Layout對環路的影響非常大，只有在好的PCB Layout下面，通過環路各部分參數的優化，才能使電源環增益的帶寬盡可能大，從而實現更好的動態性能和更高的功率密度。

　　3、輔助電源參數的優化

　　在采用繞組供電的開關電源產品中，必須對輔助電源的質量進行優化，使得：

　　---輔助電源對開關電源穩態性能的影響最小

　　---輔助電源對開關電源動態性能的影響最小

　　---輔助電源不會影響開關電源整機的可靠性

　　采用變壓器繞組或電感繞組的輔助電源，其輸出電壓的質量一般不太好，通過對輔助電源的優化，要保證自供電后的電源整機性能變化最小，可靠性沒有問題。

　　4、其他優化

　　4、其他優化

　　---電源內各種保護電路的優化

　　---EMI濾波器電路的優化

　　---電源內部熱環境的優化

　　---電源其他功能電路（如：均流、同步、熱插拔、遠端補償等等）的優化

　　---PCB Layout的優化等等

　　開關電源設計折中

　　設計開關電源是個充滿矛盾的過程，魚和熊掌不可得兼，需要平衡折中各種指標，這個火候的掌握和拿捏需要大量經驗。前面談了優化，現在談折中，有時反而需要減少優化程度，真是奇妙啊！

　　1、穩態性能與動態性能的折中

　　很多功率級拓撲，其穩態性能與動態性能通常難以兼顧，穩態性能好，動態性能就差，動態性能好，穩態性能就差。這種例子非常多，所以選擇拓撲時，一定要根據要求和應用場合來合理選擇。

　　即使同一個拓撲，其功率級參數設計時，也要考慮穩態性能和動態性能的折中。如：輸出濾波器電感的設計，對效率而言，希望其越大越好，但對動態性能而言，則希望其小一點好，所以設計時需要折中。

　　2、功率密度與可靠性的折中

　　很多有更高功率密度的拓撲，其實現時會比較復雜，而且往往拓撲本身還有可靠性較低的隱患，所以，選擇拓撲結構時也要根據可靠性和性能來進行具體折中。如一些實現軟開關的拓撲，一般可實現更高的開關頻率，具有更高的功率密度，但他們在實現的產品中，可靠性往往較低。

　　3、小信號性能與大信號性能的折中

　　在一個電源中，有很多性能需要滿足，利用不同的控制策略，不同的補償電路會得到不同的動態性能。有些控制策略或參數對輸入端的擾動具有較強的抑制能力，有些則對負載端的擾動具有較強的抑制能力，有的參數對小信號動態穩定性很好，但在大信號下，其可能不穩定，有的參數能滿足大信號的要求，但小信號下其會變差，因此，要對大小信號的動態設計進行折中。

　　4、高低溫下的設計折中

　　在一個電源中，因各種參數都是與其工作時的溫度有關，所以必須找出一組參數能在全部環境溫度范圍內滿足所有性能指標，這需要做很多折中。

　　5、電性能與熱性能之間的折中

　　5、電性能與熱性能之間的折中

　　在一個電源中，電性能（如電應力和EMI性能）與熱性能之間的要求是矛盾的。為了獲得好的EMI和低的電應力，希望功率元器件的回路盡量小，但這會使得各元器件之間的熱影響更厲害，各元器件的損耗會更大。將各功率元器件之間的回路加大，可減小這種熱影響，改善熱設計，但因寄生參數的增加，會使器件的電應力增加，效率變低，EMI性能變壞，所以，電源中熱與電兩個設計是非常需要折中的。

　　6、關鍵部件的折中

　　在開關電源中，有一些關鍵部件，在設計時需要折中。如：功率變壓器的設計，對穩態效率性能而言，在變比等已經最優化后，希望其漏感最小，但在實現漏感最小的同時，往往會增加繞組之間的分布電容，這通常會增加共模EMI干擾和降低安全性。

　　另外，如驅動能力的折中。為了減小功率開關器件（MOSFET）的開關損耗，希望其開關過程盡量短，這可通過減小門級驅動電阻來實現，但在開關速度提高的同時，往往會增加電源的共模EMI，使得EMI特性變差。

　　7、其他折中

　　做好一個開關電源，還有很多其他折中要做，總之，因為開關電源是一個在一定邊界（由輸入電壓、負載電流和環境溫度組成的長方體）之內，滿足規格書要求的功率電子產品，既有功率處理和信息處理，又有熱處理，所以，為了做好這樣的產品，必須要做很多很多的折中。這要求開發人員了解如何在折中的基礎上優化，在優化的基礎上折中，使開發的電源產品達到最佳的性價比。

　　如何做好開關電源設計

　　目前，國內多數電源公司在產品開發中存在怪圈現象：公司業務接了一個單子，時間只有一個月，設計人員趕緊開始，草草設計一周后搞定PCB，然后安裝調試，裝完就通電，嘿，輸出有了，一測試指標，一堆不達標，腦子亂亂的，改進再調，解決了一個問題又冒出一個，每天加班加點，時間過得真快，一個月時限馬上到了，工作沒完成，請求延期，半年后勉強完成了，累得筋疲力盡，不得喘息，立馬又進入下一個項目循環。

　　公司由于開發管理不規范，沒有任何技術積累；員工由于開發工作不專業，在開發過程中無任何提高。

　　從工程師個人角度來說，養成制定個人工作計劃，按規范做設計、調試、總結的習慣，是成為資深電源開發人員所必須具備的工程素質。

　　按規范做設計的步驟是：

　　按規范做設計的步驟是：

　　1、仔細閱讀產品的開發規格書

　　2、按規范繪制產品的功能結構總框圖

　　3、用功能結構總框圖描述產品的基本功能實現

　　4、用功能結構總框圖描述產品的正常開關機過程

　　5、用功能結構總框圖描述產品的故障保護過程

　　6、設計功能結構總框圖中的各個單元電路并撰寫設計總結

　　7、繪制出一整套設計圖紙

　　按規范調試的習慣：

　　開發人員要能夠養成按規范開發操作步驟開發產品的習慣，那就不會出現很多不必要的反復，就可避免出現前面介紹的那種怪圈，就可以將產品開發工作做得又好又快，同時開發人員還能在很短的時間內提升自己的專業水平，過不了多久，就可以從一個新手上升為資深電源工程師。詳細的電源開發操作規范留到課上再說。

　　按規范做總結的習慣：

　　在按規范進行開發時，每做一個實驗后，都要做一份實驗總結，產品開發完成后，還要將整個開發工作進行總結。作為開發人員，總結是保證自己技術水平迅速提高的最重要的手段，所以，你想早點成為資深工程師，你就一定要認認真真地做好每一份總結。