【开篇】

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!!

【第一步】

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

【第二步】

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

集成式，多是指 PWM controller 和 power switch 集成在一起的芯片

不限定于是 PSR 还是 SSR

【第三步】

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

【第四步】

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

一般有芯片厂家提供相关资料

【第五步】

5. 确定开关频率，选择磁芯确定变压器

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。
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

【第六步】

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

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

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

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。

【第七步】

7. 输入输出电解电容计算
输入滤波电解电容
Cin = (1.5~3)*Pin
输出滤波电解电容
Cout = (200~300)* Io
上面我们计算出输入功率 30W
所以 Cin = 45 ～ 90 uF
从理论上来说，这个值选的越大，对后级就越好；从成本上考虑，我们不会无限制的去选取大容量
此处选值 47uF/400Vdc 85℃ 或 105℃ 根据相应的应用环境来决定；电容不需要高频，普通低阻抗的就可以了
输出电流是 2A
Cout = 400～600uF
此处电容需要适应高频低阻的特性，这个值也可以选值变大，但前提必须是在反馈环内
因为是闭环精度控制，故取值 470uF/16Vdc
这里电源就可以选两颗 470uF/16Vdc，加一个 L，阻成 CLC 低通滤波器
基本上到这里，PCB 上需要外形确定的器件已经完成，即PCB封装完成；
下一步就可通过前面的原理图(SCH) 定义好器件封装。

【第八步】

8. PCB Layout
上面已经确定变压器，原理图，以及电解电容，其它的基本上都是标准件了
由 sch 生成网络表，在 PCB file 里定义好板边然后加载相应的封装库以后，可以直接导入网络表，进行布局；因为这个板相对比较简单，也可以直接布板，导入网络表是一个非常好的设计习惯
PCB layout 重点不是怎么连线，最重要的是如何布局；一般来说布局OK的话，画板就轻松多了
在布局与布板方面，
1) RCD 吸收部分与变压器形成的环面积尽量小；这样可以减小相应的辐射和传导
2) 地线尽量的短和宽大，保证相应的零电平有利于基准的稳定；同时 VIPER53DIP 这颗 DIP-8 的芯片散热的重要通道
3) 在 di/dt dv/dt 变化比较大的地方，尽量减小环路和加宽走线，降低不必要的电感特性

【第九部】

9. 确定部分参数
我们前几步已经计算了变压器，PCB Layout 完成以后，此时就可以确定变压器的同名端,完整的定义 变压器，并发出去打样或自己绕制
EER28/28L 骨架是 6 + 6
原边： 1 -> 3 辅助： 6 -> 5 输出：7，8，9 -> 10，11，12
对于输出的脚位，我们可以用两个，或者全用上，看各位自己的选择
从原理图及 PCB 图上，1，6，7，8，9 为同名端，自己绕制时，起线需从这几个脚位起，同方向绕制
变压器正式定义：
1 -> 2 : φ0.25 x 1 x 24T
7 -> 10 : φ0.50 x 2 x 6T
8 -> 11 : φ0.50 x 2 x 6T
9 -> 12 : φ0.50 x 2 x 6T
2 -> 3 : φ0.25 x 1 x 23T
6 -> 5 : φ0.25 x 1 x 6T
2,4 并剪脚
L1-3 : 0.77mH 0.25V@1kHz 漏感低于 5% 磁材：PC40 或等同材质
高压：
原边vs副边 ：3750Vac@1mA 1min 无击穿无飞弧
副边vs磁芯 ：1500Vac@1mA 1min 无击穿无飞弧
阻抗：
原边vs副边/绕组vs磁芯 ：500Vdc 阻抗>100M
备注：这里采用三文治绕法，目的是为了降低漏感
输出所有脚位全用上，目的是不浪费，同时降低输出绕组的内部阻抗
可以将 PCB 和变压器发出去打样了， 剩下就是确定更多的参数并备料
【第十步】
10. 调试过程
到以上部分，基本上一个电源算是设计完成，后面的就是焊板调试过程
调试所需要的简单设备（必需的）：
调压器，示波器，万用表
辅助设备：功率计，LCR电桥，电子负载
焊完板以后，进行静态检查，如果有 LCR 电桥的话，可以先测一下变压器同名端，电感量等参数以后再焊接
静态检查，主要看有没有虚焊，连锡等
【第十一部】
10. 调试过程(续1)
静态测试以后，可以用万用表测一下输入，输出是否处于短路状态
剩下就可以进行加电测试了
开关电源的AC输入 接入调压器，或者 AC输入 接入功率计再接至调压器
调压器处于 0Vac
示波器 接在 ST VIPER53DIP 的 D S 两端 或 初级绕组两端亦可，交流耦合
万用表电压档测输出，并空载
接通调压器电源，开始升压，不需要快速，同时观看示波器
从 0Vac 开始升，会看到示波器上波形会有浮动（改成直流耦合会很清楚看到电压在上升）
当调压器的电压 至 40～60Vac 区间时，如果示波器波形还没有变化的话，退回 0Vac，重新检查电源板
一般空载状态，在 40～60Vac 区间时，开关电源会开始工作，ST VIPER53DIP 也会进入工作模式，示波器上 Vds 波形会开始正常
看输出电压是否达到预设值？ 未达到，退回 0Vac 检查采样，反馈及输出回路
如果都 OK 的状态下，再考虑将输入电压升至 220Vac
遵循以上步骤调试的话，不会出现爆片或炸机现象
备注：示波器需要隔离，或只允许 L N 输入，未隔离条件下 PE 的线不能接入，否则极易造成短路
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