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AC/DC

採用AC/DC PWM方式的返馳式轉換器設計方法

設計步驟

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
  2. 選擇控制用電源IC
  3. 決定設計、周邊零件
  4. 評估、試作
  5. 量產設計、評估、出貨檢查

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。

4~5. 評估、試作、量產、出貨

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。

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。


PWM返馳式轉換器設計範例