AC/DC PWM方式反激式转换器设计方法-电源规格的决定

如同“设计步骤”项目中所说明般，在一开始设计时，必须决定电源具备哪些性能和特性，确定电源规格。

其实，电源规格并非单方面由电源设计人员决定就好。除了要求输入电源和供电负载的电压精度、电流等之外，还必须确认效率和工作温度范围等事项。而这些都是依照系统整体规格和供电基板规格来决定。

＜AC/DC PWM方式反激式转换器设计方法＞

绝缘型反激式转换器的基础

开关AC/DC转换

反激式转换器的特征

反激式转换器的工作和缓冲

不连续模式与连续模式

设计步骤

电源规格的决定

设计使用IC的选择

绝缘型反激式转换器电路设计

变压器设计（数值计算）

变压器设计（构造设计）－其1

变压器设计（构造设计）－其2

主要部件的选定－MOSFET相关 其1

主要部件的选定－MOSFET相关 其2

主要部件的选定－CIN和缓冲

主要部件的选定－输出整流器和Cout

主要部件的选定－IC的VCC相关

主要部件的选定－IC的设定、其他

EMI对策及输出噪声对策

基板布局例

总结

然而，现实上并不是一开始设计时，就已经确认这些规格。不是只有供电电路的设计人员疏忽而已，如果供电端未设计至某一个程度，也无法确定要设计什么样的电源规格。

虽说如此，如果要等全部明确才要设计，无庸置疑地，设计时间已经快要结束，只剩下极少的时间能用在电源设计上。因此，在某个时间点先根据大略的数据，在可以变更的前提下，于容许范围内弹性设计电源规格。

在开始设计前，须先写好原本要决定的规格，以及设计开始时，能允许的最低限度规格。

应决定的电源规格

输入输出：输入电压范围、输出电压值和精度

负载：电流、有无瞬态（含休眠/唤醒）

效率、待机功耗

温度：最大/最小值、是否冷却

尺寸：安装面积、高度（外形尺寸）

必要的保护：低电压、过电压、过热等

特殊环境/使用条件：车载、航天、通信、RF等

必须取得的认证和规范

成本

设计开始的最低限度规格

输入电压范围

输出电压/精度/电流

输出纹波电压

绝缘耐压

工作温度范围

效率

无负载时输入功率

接下来将具体说明“最低限度电源规格”的各项目。

・输入电压范围
输入，因其是AC/DC转换器，理所当然是AC电源了。幸运的是家庭和办公室用的AC电源是公称电压。日本公称电压为100VAC，以全球的情况来说，都在100VAC～240VAC的范围内。此外，因为是公称值，如果包含容许差在内，大多会设想下限-15%的85VAC、上限+10%的264V范围内。电源方面会视国家而定，在定容许差时，必须根据过往经验和掌握实际情况才行。以此方式，根据搭载设计电源的设备的出货地，来决定输入电压范围值。

世界家庭用主要电源电压（公称值）
日本：100VAC
美国：120VAC
加拿大：120VAC/240VAC
英国：230VAC/240VAC
俄罗斯：127VAC/220VAC
中国：110VAC/220VAC

・输出电压/精度/电流
AC/DC转换器的输出电压，设定系统或电路基板必要的DC电压值。以工业设备为例，一般设定24VDC和12VDC等共通标准电压，但目前也有不少设备直接设定5VDC和3.3VDC等驱动电压。总之，都必须达到输出电压±5%的精度。这是依据被供电设备的要求来决定。在设计时，必须讨论能够满足要求精度的部件和方式。

输出规格中，输出电流也是非常重要的。必须充分供应能满足供电电路需要的电流，且维持输出电压稳定化。虽然余量大，容许范围广，但部件成本高和尺寸大，在此之下，最大负载电流相关数据就显得非常重要。此外，还要探讨发生负载瞬态的响应特性。不足时，就可能造成系统复位等，对系统带来致命的损害。

讨论电流值后，当根据AC/DC转换器的输出状况，以个别的开关稳压器组成电源时，能依据功率状况来思考电流值。开关稳压器是转换功率，因此AC/DC转换器制作出12VDC，将其当作输入电流切，开关稳压器的效率达80%，转换成5V/0.8A，但输入功率则是变成5W。单纯来看，AC/DC转换器的12V输出值转换成5W，因此输出电流只要0.42A即可。转换功率用的电源，其输出能力大多以功率值表示。

・输出纹波电压
纹波就是脉流。转换后的DC电压，包含着与输入AC电源频率、开关转换频率相关的脉动电流。当然，在转换的过程中会进行平滑/滤波，但却无法归零。例如输出以5VDC为中心，产生400mVp-p的纹波时，最大值为5.2V，最小值为4.8V。对此，5V±4%能满足一般精度要求±5%，但输入3.3V输出，产生400mVp-p的纹波时，就会变成3.3V±6%。

起因于开关工作的输出纹波电压示意图

AC/DC转换器会制作称为12VDC的总线电压，将其当作输入电压，再利用个别的稳压器等，产生各电路必要的电压，或许能够舒缓AC/DC转换器的纹波问题。不过，在上述范例中，如果直接供电给低电压设备，纹波电压就可能造成某些问题。总之，虽然纹波电压愈小愈好，但仍要考虑到滤波器设定空间和成本，来设定容许值。

・绝缘耐压
视系统的规格而定，有时AC/DC转换器必须能够绝缘。工业设备和医疗设备等基本上必须绝缘，且可能会指定绝缘等级。AC/DC转换器的绝缘指一次侧（AC输入），和二次侧（DC输出）无法导通，基本上由变压器负责绝缘的工作。绝缘除了3kVAC的电压外，还必须讨论绝缘构造、绝缘等级等规格相关事项。设计变压器的人必须具备规范和部件方面的知识才行。各个详细内容请参照规格书等。

・工作温度范围
应该要设定搭载设计电源的系统，以及设备工作温度范围等规格。AC/DC转换器必须由符合要求的功率控制IC和部件组成。此外，虽然大多以周围温度标示设备规格，但AC/DC转换器如果装设在内部，就必须以内部温度为基准来决定规格。AC/DC转换器会少量发热，一但超过所用部件的额定值，将可能发生致命的损坏，因此温度方面必须充分进行验证。

・效率
效率是指针对输入功率的输出功率的比率，以%表示。效率达80%代表损耗20%，损耗基本上会变成热。现今提升效率已是必备要件，也因此必须充分理解和热相关的事物。

为了提升效率，必须探讨使用变压器方式、控制IC、外置部件。

・无负载时输入功率
输出电流不流动时的输入功率，也就是无负载时的自我功耗。节能化已经是设备的责任和义务，必须将毫无用处的自我损耗降至最低才行。EnergyStar即是其中一例。电路组成和控制IC在降低自我功耗上，扮演着非常重要的角色。

以上内容为最低限度，但可能因为各种原因，造成上述数据和自己遇到的情形不同。此时，就必须根据经验法则，判断电源拥有哪一种程度的性能和特性，就能够广泛支持各项条件要求。最重要的就是先了解能修正变更或全部重做后，再开始进行设计。

审核编辑 黄宇