【入门必读】详解一步一步设计开关电源(完结)

针对开关电源很多人觉得难，主要是理论与实践相结合；万事开头难，我在这里只能算抛砖引玉，慢慢讲解如何设计，有任何技术问题可以随时打断，我将尽力来进行解答。

设计一款开关电源并不难，难就难在做精；我也不是一个很精熟的工程师，只能算一个领路人。希望大家喜欢

大家一起努力!!

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sinican

LV.8

2013-09-29 11:40

开关电源设计的第一步就是看规格，具体的很多人都有接触过；也可以提出来供大家参考，我帮忙分析。
我只带大家设计一款宽范围输入的， 12V2A 的常规隔离开关电源
1. 首先确定功率，根据具体要求来选择相应的拓扑结构；这样的一个开关电源多选择反激式(flyback) 基本上可以满足要求

备注一个，在这里我会更多的选择是经验公式来计算，有需要分析的，可以拿出来再讨论

sinican

LV.8

2013-09-29 11:41

2.当我们确定用 flyback 拓扑进行设计以后，我们需要选择相应的PWM IC 和 MOS 来进行初步的电路原理图设计(sch)
无论是选择采用分立式的还是集成的都可以自己考虑。对里面的计算我还会进行分解
分立式：PWM IC 与 MOS 是分开的，这种优点是功率可以自由搭配，缺点是设计和调试的周期会变长（仅从设计角度来说）

集成式：就是将 PWM IC 与 MOS 集成在一个封装里，省去设计者很多的计算和调试分步，适合于刚入门或快速开发的环境

电源网-源源

LV.10

2013-09-29 11:41

@sinican

2.当我们确定用flyback拓扑进行设计以后，我们需要选择相应的PWMIC和MOS来进行初步的电路原理图设计(sch)无论是选择采用分立式的还是集成的都可以自己考虑。对里面的计算我还会进行分解分立式：PWMIC与MOS是分开的，这种优点是功率可以自由搭配，缺点是设计和调试的周期会变长（仅从设计角度来说）集成式：就是将PWMIC与MOS集成在一个封装里，省去设计者很多的计算和调试分步，适合于刚入门或快速开发的环境

插楼~~~等候大作！！！

xuzeabc

LV.4

2013-09-29 11:54

@sinican

2.当我们确定用flyback拓扑进行设计以后，我们需要选择相应的PWMIC和MOS来进行初步的电路原理图设计(sch)无论是选择采用分立式的还是集成的都可以自己考虑。对里面的计算我还会进行分解分立式：PWMIC与MOS是分开的，这种优点是功率可以自由搭配，缺点是设计和调试的周期会变长（仅从设计角度来说）集成式：就是将PWMIC与MOS集成在一个封装里，省去设计者很多的计算和调试分步，适合于刚入门或快速开发的环境

顶一个，等候！

sinican

LV.8

2013-09-29 14:13

3. 确定所选择的芯片以后，开始做原理图(sch)，在这里我选用 ST VIPer53DIP(集成了MOS) 进行设计，原因为何(因为我们是销售这一颗芯片的)？
设计之前最好都先看一下相应的 datasheet，自己确认一下简单的参数
无论是选用 PI 的集成，或384x 或 OB LD 等分立的都需要参考一下 datasheet

一般 datasheet 里都会附有简单的电路原理图，这些原理图是我们的设计依据

sinican

LV.8

2013-09-29 14:14

4. 当我们将原理图完成以后，需要确定相应的参数才能进入下一步 PCB Layout

当然不同的公司不同的流程，我们需要遵守相应的流程，养成一个良好的设计习惯，这一步可能会有初步评估，原理图确认，等等，签核完毕后就可以进行计算了

先附上相应的原理图

sinican

LV.8

2013-09-29 14:14

5. 确定开关频率，选择磁芯确定变压器
这里确定芯片工作频率为 70KHz，
芯片的频率可以通过外部的 RC 来设定，工作频率就等于开关频率，这个外设的功能有利于我们更好的设计开关电源，也可以采取外同步功能。与 UC384X 功能相近
变压器磁芯为 EER28/28L
一般 AC2DC 的变换器，工作频率不宜设超过 100kHz，主要是开关电源的频率过高以后，不利于系统的稳定性，更不利于 EMC 的通过性
频率太高，相应的 di/dt dv/dt 都会增加，除 PI 132kHz 的工作频率之外，大家可以多参考其它家的芯片，就会总结自己的经验出来
对于磁芯的选择，是在开关频率和功率的基础，更多的是经验选取。当然计算的话，你需要得到更多的磁芯参数，包括磁材，居里温度，频率特性等等，这个是需要慢慢建立的
20W ~ 40W 范围内 EE25 EER25 EER28 EFD25 EFD30 等均都可以

zandi1234

LV.1

2013-09-29 15:32

@sinican

5.确定开关频率，选择磁芯确定变压器这里确定芯片工作频率为70KHz，芯片的频率可以通过外部的RC来设定，工作频率就等于开关频率，这个外设的功能有利于我们更好的设计开关电源，也可以采取外同步功能。与UC384X功能相近变压器磁芯为EER28/28L一般AC2DC的变换器，工作频率不宜设超过100kHz，主要是开关电源的频率过高以后，不利于系统的稳定性，更不利于EMC的通过性频率太高，相应的di/dtdv/dt都会增加，除PI132kHz的工作频率之外，大家可以多参考其它家的芯片，就会总结自己的经验出来对于磁芯的选择，是在开关频率和功率的基础，更多的是经验选取。当然计算的话，你需要得到更多的磁芯参数，包括磁材，居里温度，频率特性等等，这个是需要慢慢建立的20W~40W范围内EE25EER25EER28EFD25EFD30等均都可以

继续大师

湖之一二

LV.8

2013-09-30 09:02

@sinican

5.确定开关频率，选择磁芯确定变压器这里确定芯片工作频率为70KHz，芯片的频率可以通过外部的RC来设定，工作频率就等于开关频率，这个外设的功能有利于我们更好的设计开关电源，也可以采取外同步功能。与UC384X功能相近变压器磁芯为EER28/28L一般AC2DC的变换器，工作频率不宜设超过100kHz，主要是开关电源的频率过高以后，不利于系统的稳定性，更不利于EMC的通过性频率太高，相应的di/dtdv/dt都会增加，除PI132kHz的工作频率之外，大家可以多参考其它家的芯片，就会总结自己的经验出来对于磁芯的选择，是在开关频率和功率的基础，更多的是经验选取。当然计算的话，你需要得到更多的磁芯参数，包括磁材，居里温度，频率特性等等，这个是需要慢慢建立的20W~40W范围内EE25EER25EER28EFD25EFD30等均都可以

R203是干嘛的呢

10227

LV.7

2013-09-30 09:40

@sinican

5.确定开关频率，选择磁芯确定变压器这里确定芯片工作频率为70KHz，芯片的频率可以通过外部的RC来设定，工作频率就等于开关频率，这个外设的功能有利于我们更好的设计开关电源，也可以采取外同步功能。与UC384X功能相近变压器磁芯为EER28/28L一般AC2DC的变换器，工作频率不宜设超过100kHz，主要是开关电源的频率过高以后，不利于系统的稳定性，更不利于EMC的通过性频率太高，相应的di/dtdv/dt都会增加，除PI132kHz的工作频率之外，大家可以多参考其它家的芯片，就会总结自己的经验出来对于磁芯的选择，是在开关频率和功率的基础，更多的是经验选取。当然计算的话，你需要得到更多的磁芯参数，包括磁材，居里温度，频率特性等等，这个是需要慢慢建立的20W~40W范围内EE25EER25EER28EFD25EFD30等均都可以

sinican

LV.8

2013-09-30 10:05

@湖之一二

R203是干嘛的呢

R203 与 D205 共同组成输出指示, R203 在这里是限流限压针对 D205 (LED)

sinican

LV.8

2013-09-30 10:07

6. 设计变压器进行计算
输入 input: 85~265Vac
输出 output: 12V 2A
开关频率 Fsw: 70kHz
磁芯 core: EER28/28L
磁芯参数：Ae 82mm2
以上均是已知参数，我们还需要设定一些参数，就可以进入下一步计算
设定参数：
效率 η = 80%
最大占空比：Dmax = 0.45
磁感应强度变化：ΔB= 0.2

有了这些参数以后，我们就可以计算得到匝数和电感量

sinican

LV.8

2013-09-30 10:08

6. 设计变压器进行计算(续)
计算开始
输出功率 Po = 12V * 2A = 24W
输入功率 Pin = Po/η = 24W/0.8 = 30W
输入最低电压 Vin(min) = Vac(min)*sqr(2) = 85Vac * 1.414 = 120Vdc
输入最高电压 Vin(max) = Vac(max)*sqr(2) = 265Vac * 1.414 = 375Vdc
输入平均电流 Iav = Pin/Vin(min) = 30W/120Vdc = 0.25A
输入峰值电流 Ipeak = 4 * Iav = 1A
原边电感量 Lp = Vin(min) * Dmax/(Ipeak * Fsw) = 120Vdc * 0.45/(1A * 70K ) = 770 uH

到此最重要的一步原边电感量已经求出，对于漏感及气隙，我不建议各位再去计算和验证
漏感 Lleakage < 5% * Lp

fdecctv

LV.4

2013-09-30 18:23

@sinican

6.设计变压器进行计算(续)计算开始输出功率Po=12V*2A=24W输入功率Pin=Po/η=24W/0.8=30W输入最低电压Vin(min)=Vac(min)*sqr(2)=85Vac*1.414=120Vdc输入最高电压Vin(max)=Vac(max)*sqr(2)=265Vac*1.414=375Vdc输入平均电流Iav=Pin/Vin(min)=30W/120Vdc=0.25A输入峰值电流Ipeak=4*Iav=1A原边电感量Lp=Vin(min)*Dmax/(Ipeak*Fsw) =120Vdc*0.45/(1A*70K) =770uH到此最重要的一步原边电感量已经求出，对于漏感及气隙，我不建议各位再去计算和验证漏感Lleakage<5%*Lp

请问输入峰值电流 Ipeak = 4 * Iav = 1A 中的 4 是怎么来的？

风定人非在

LV.6

2013-09-30 20:56

这个必须顶

土豆丝

LV.2

2013-09-30 21:01

@sinican

6.设计变压器进行计算(续)计算开始输出功率Po=12V*2A=24W输入功率Pin=Po/η=24W/0.8=30W输入最低电压Vin(min)=Vac(min)*sqr(2)=85Vac*1.414=120Vdc输入最高电压Vin(max)=Vac(max)*sqr(2)=265Vac*1.414=375Vdc输入平均电流Iav=Pin/Vin(min)=30W/120Vdc=0.25A输入峰值电流Ipeak=4*Iav=1A原边电感量Lp=Vin(min)*Dmax/(Ipeak*Fsw) =120Vdc*0.45/(1A*70K) =770uH到此最重要的一步原边电感量已经求出，对于漏感及气隙，我不建议各位再去计算和验证漏感Lleakage<5%*Lp

谢谢楼主详解

z39613619

LV.4

2013-09-30 22:27

@风定人非在

这个必须顶

是地。必须顶。。。

ade1986

LV.3

2013-09-30 22:48

@z39613619

是地。必须顶。。。

呵呵，不错，

吴煌麒

LV.3

2013-09-30 23:42

rockyy

LV.6

2013-10-01 09:06

@sinican

4.当我们将原理图完成以后，需要确定相应的参数才能进入下一步PCBLayout当然不同的公司不同的流程，我们需要遵守相应的流程，养成一个良好的设计习惯，这一步可能会有初步评估，原理图确认，等等，签核完毕后就可以进行计算了先附上相应的原理图[图片]

团长，为什么没有启动电阻，没有启动电阻是否能正常启机？

skyroom123

LV.3

2013-10-07 10:29

@sinican

6.设计变压器进行计算(续)计算开始输出功率Po=12V*2A=24W输入功率Pin=Po/η=24W/0.8=30W输入最低电压Vin(min)=Vac(min)*sqr(2)=85Vac*1.414=120Vdc输入最高电压Vin(max)=Vac(max)*sqr(2)=265Vac*1.414=375Vdc输入平均电流Iav=Pin/Vin(min)=30W/120Vdc=0.25A输入峰值电流Ipeak=4*Iav=1A原边电感量Lp=Vin(min)*Dmax/(Ipeak*Fsw) =120Vdc*0.45/(1A*70K) =770uH到此最重要的一步原边电感量已经求出，对于漏感及气隙，我不建议各位再去计算和验证漏感Lleakage<5%*Lp

楼主不要TJ啊，还没结束啊！Ipeak=4*Iav中4是不是2/Dmax得到的？

Q2355504931

LV.3

2013-10-07 11:50

**此帖已被管理员删除**

rzxrong

LV.1

2013-10-07 12:02

@Q2355504931

**此帖已被管理员删除**

期待还有更新！

heshsh

LV.1

2013-10-07 14:15

@sinican

6.设计变压器进行计算(续)计算开始输出功率Po=12V*2A=24W输入功率Pin=Po/η=24W/0.8=30W输入最低电压Vin(min)=Vac(min)*sqr(2)=85Vac*1.414=120Vdc输入最高电压Vin(max)=Vac(max)*sqr(2)=265Vac*1.414=375Vdc输入平均电流Iav=Pin/Vin(min)=30W/120Vdc=0.25A输入峰值电流Ipeak=4*Iav=1A原边电感量Lp=Vin(min)*Dmax/(Ipeak*Fsw) =120Vdc*0.45/(1A*70K) =770uH到此最重要的一步原边电感量已经求出，对于漏感及气隙，我不建议各位再去计算和验证漏感Lleakage<5%*Lp

谢谢分享!

lookingdong

LV.7

2013-10-07 16:33

@rzxrong

期待还有更新！

同问输入峰值电流 Ipeak = 4 * Iav = 1A 中的 4 是怎么来的？

sinican

LV.8

2013-10-08 10:31

6. 设计变压器进行计算(续2)上面计算了变压器的电感量，现在我们还需要得到相应的匝数才可以完成整个变压器的工作

1）计算导通时间 Ton周期时间 T = Ton + Toff = 1/FswTon = T * DmaxFsw , Dmax 都是已知量 70kHz , 0.45 代入上式可得Ton = 6.43us

2）计算变压器初级匝数Np = Vin(min)*Ton/(ΔB × Ae) = 120Vdc * 6.43us/(0.2 * 82mm2) = 47 T（这里的数是一定要取整的，而且是进位取整，我们变压器不可能只绕半圈或其它非整数圈）

3）计算变压器 12V 主输出的匝数输出电压(Vo):

12 Vdc整流管压降(Vd): 0.7

Vdc绕组压降(Vs): 0.5

Vdc原边匝伏比(K) = Vi_min / Np= 120 Vdc / 47 T = 2.55输出匝数(Ns) = (输出电压(Vo) + 整流管压降(Vd) + 绕组压降(Vs)) / 原边匝伏比(K)= (12 Vdc + 0.7Vdc + 0.5Vdc) / 2.55 = 6 T (已取整)

4）计算变压器辅助绕组(aux turning)输出的匝数计算方法与12V主绕组输出一样因为 ST VIPer53DIP 副边反馈需低于 14.5 Vdc，故选取 12 Vdc 作为辅助电压；Na = 6 T到这一步，我们基本上就得出了变压器的主要参数原边绕组：47T 原边电感量：0.77mH 漏感< 5%* 0.77mH = 39uH12V输出： 6T辅助绕组：6T下一步我们只要将绕组的线径股数脚位耐压等安规方面的要求提出，就可以发给变压器厂去打样了至于气隙的计算，以及返回验证 Dmax 这些都是一些教科书上的，不建议大家死搬硬套，自己灵活一些

sinican

LV.8

2013-10-08 10:32

6. 设计变压器进行计算(续3)
上面计算出匝数以后，可以直接确定漆包线的粗细，不需要去进行复杂的计算
线径与常规电阻一样，都是有定值的，记住几种常用的定值线径
这里，原边电流比较小，可以直接选用 φ0.25 一股
辅助绕组 φ0.25 一股
主输出绕组 φ0.4 或 0.5 三股，不用选择更粗的，否则绕制起来，漆包线的硬度会使操作工人很难绕

很多这一步“计算”过了以后，还会返回计算以验证变压器的窗口面积
个人认为返回验证是多余的，因为绕制不下的话，打样的变压器厂也会反馈给你，而你验证通过的，在实际中也不一定会通过；
毕竟与实际绕制过程中的熟练度，及稀疏还是有很大关系的

再下一步，需要确定输入输出的电容的大小，就可以进行布局和布板了。