AC-DC|設計篇
設計步驟
2016.12.15
重點
・在一開始設計時,大多尚未決定電源的規格,但仍建議儘量在確認好規格後,再開始著手設計。
・在實際設計電源時,電源IC佔了非常重要的地位,會因為使用的IC來決定電路和零件。
・在判斷能否量產時,除了符合、不符合要求規格外,也必須權衡取捨來做調整。
在確認基本步驟後,接著說明設計步驟。
設計步驟非僅限於AC-DC轉換器,大部分的設計都會採用類似的步驟。一開始先確認要求規格,然後選擇能實現要求規格的零件。本節決定「選擇控制用電源IC」,乃是因為最近電源設計方面,幾乎都是利用電源用IC,因此選擇電源IC,並以該IC為中心進行設計。接著,決定必須使用IC的零件,計算出常數等進行設計。流程為根據圖面製作試作品,再來是評估性能、量產,最後出貨。
1. 確認要求規格
第1個步驟從明確了解要求規格開始。這原本就是第一個且最重要的步驟,但電源規格是「在決定整體電路規格前,無法完全確定」,必須在整體設計期間結束時加快腳步進行設計等,的確有可能讓電源設計人員感到非常困擾。不過,正因為未決定好無法有任何進展,因此大多會先製作暫時規格以因應此一問題。
1. 確認要求規格
- 輸入輸出:輸入電壓範囲、輸出電壓值和精度
- 負載:電流、有無暫態(含休眠/喚醒)
- 溫度:最大/最小值、是否冷卻
- 尺對:安裝面積、高度(標準尺寸規格)
- 必要的保護:低電壓、過電壓、過熱等
- 特殊環境/使用條件:車用、航太、通訊、RF等
- 成本
雖然非常嚴格,但「未徹底弄清楚規格,就無法開始設計」亦是不爭的事實...
寫出了確認規格時的主要確認項目。以輸入條件為例,因為是供國內使用,所以100VAC即可,但若是銷售至全球市場,就必須要能夠進一步擴大能因應的範圍,或是因為販售國家,造成電壓不穩定,零件會因為最大能承受到哪個程度等規格要求,而出現非常大的變動。
另外,為了設計符合要求規格的電源,還必須詳細考量其他項目。
2. 選擇控制用電源IC
第2個步驟為選擇控制用電源IC。根據第1個步驟確認到的要求事項,決定適用的電源方式、變壓器方式或開關方式、降壓或昇壓、回饋或順向傳輸,以及AC-DC轉換器中最重要的討論事項,也就是絕緣型或非絕緣型,之後再選擇控制IC。選擇IC可說是決定電源方式的前提。
2. 選擇控制用電源IC
- 方式:變壓器方式、開關方式
- 方式:降壓、昇壓、昇降壓、反轉
- 方式:線性式、返馳式、順向式等
- 絕緣/非絕緣
在實際設計電源時,電源IC佔了非常重要的地位,會因為使用的IC來決定電路和零件。換言之,設計時能以IC為中心。
3. 設計、決定周邊零件
決定IC和電源方式後,接著參考IC的應用範例等進行設計。包含變壓器設計在內,決定周邊電路的電容和電阻等的常數。
3. 決定設計、周邊零件
- 主要變壓零件:變壓器、橋式整流器、二極體、電容等
- 必須使用IC的零件
- 各常數的計算、最佳化
- 設計變壓器
在設計上,除了電氣、電子的知識外,還必須具備零件方面的經驗。不過,即使在憑藉這樣的知識和經驗進行設計,仍會有不了解和不順利的時候。此時,能利用零件廠商的支援,讓自己能迅速進行設計,避免徒勞無功。
4. 當圖面、零件明細表都完成,機板線路圖也都設計好,就可以進入試作・評估階段。
- 利用評估用機板/工具
- 製作試作機板、在預設的條件下運轉、評估性能
- 除錯、調整至最佳化
- 判斷符合/不符合要求規格、權衡取捨
5. 量產設計、評估、出貨檢查
在試作階段,首先從確認基本動作開始,但有時可能會難以判斷運轉是否正確。這時候,不一定會判定是否符合設計的規格,不過大多數的IC廠商都會準備所用IC的評估用機板,可以多加利用。利用能正常運轉的評估用機板,比較、檢討設計的電路是否正確運轉。
再來,除錯和調整至最佳化完成後,進入判定是否能量產的階段。此時,有可能無法完全滿足要求規格。規格若已經沒有退讓的空間時,就必須討論是否重新設計、權衡取捨,也就是針對些部份妥協取捨,讓設計更加接近目標等。
大致上希望各位能遵照上述順序進行設計。
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可用來瞭解AC/DC變換器和相關設計的基本資料。
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- 決定電源規格
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- 設計絕緣型返馳式轉換器電路:決定主要零件−IC的VCC相關
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- 彙整
下載資料
AC-DC
- 基礎篇
-
設計篇
-
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使用SiC-MOSFET的隔離型準諧振轉換器的設計案例 前言
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- 變壓器T1的設計 其2
- 變壓器T1的設計 其1
- 主要零件的選型:MOSFET Q1
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- 主要零件的選型:電源IC的VCC相關零件
- 主要零件的選型:電源IC的BO(Brown-out)引腳相關零件
- 主要零件的選型:緩衝電路相關零件
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提高AC/DC轉換器效率的二次側同步整流電路設計 前言
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- 分流穩壓器電路部分:週邊電路零件的選擇
- 故障排除(Trouble Shooting)①:當二次側MOSFET立即關斷時
- 故障排除(Trouble Shooting) ②:當二次側MOSFET在輕載時因諧振動作而導通時
- 故障排除(Trouble Shooting) ③:當VDS2受突波影響超過二次側MOSFET的VDS耐壓時
- 二極體整流和同步整流的效率比較
- 安裝PCB板佈局相關的注意事項
- 總結
-
採用AC-DCPWM方式的返馳式轉換器設計方法概要
- 評估篇
- 產品介紹
- FAQ