AC/DC PWM方式反激式转换器设计方法 总结

本篇以“AC/DC PWM方式反激式转换器设计方法”为题，重温绝缘型反激式转换器的基础、说明设计步骤、规格决定、电源IC的选择以及实际的电路设计和基板布局等事宜，这里“总结”如下。

开关电源电路基本上属于模拟电路，其设计原则不变。但开关包含大电流ON/OFF的工作在内，因此设计时必须考虑高频谐波和EMI。

AC/DC转换器会使用到数百伏特的高电压，和传感器电路等不同，必须使用高耐压部件，因此设计者须具备绝缘和高耐压部件相关知识。

从绝缘电源的角度来看，必须设计变压器。虽然部件简单不复杂，但不适合没有操作经验的人员设计，是电源电路上基本且非常重要的部件。

决定部件常量时，会利用计算公式取得常量，或根据电路条件和过往经验，决定大略的数值。可惜的是包含决定余量的方法在内，根据经验法则做出决定终非正确做法，仍应该重复设计、试作、评估后再决定各项常量。
无论如何，由于它属于模拟电路，因此决定常量的方法大部分都是“大致上这样”，其中可能有无法同意的做法，但相对来说，也并非要常量完全吻合才能工作，在允许某一程度落差的组合中，或许只要调整至优化就可以取得协调。也就是说，由3位设计人员设计同一规格的电源，例如反激的基本构造或许一样，但细部却是三人三种。这可说是设计模拟电路、电源电路有趣的地方。

以下将总结本篇说明过的项目，特别是“2．设计步骤”开始每一个项目的关键要点。各阶段都有应仔细理解的内容，希望各位能再次确认。

＜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

关键要点

・在一开始设计时，大多尚未决定电源的规格，但仍推荐尽量在确认好规格后，再开始着手设计。

・在实际设计电源时，电源IC占了非常重要的地位，会因为使用的IC来决定电路和部件。

・在判断能否量产时，除了符合、不符合要求规格外，也必须权衡调整。

电源规格的决定

关键要点

・在开始设计时，应尽可能收集必要的资料，在可以变更的前提下，于容许范围内弹性设计电源规格。

设计使用IC的选择

关键要点

・近年来电源设计，会根据所使用的电源IC，大略决定电路和部件，因此请参考电路范例等来构思整個电路。

绝缘型反激式转换器电路设计

变压器设计（数值计算）

关键要点

・基本上需要满足设计电路的变压器设计。

・有不少工程师觉得变压器设计非常麻烦，因此可以寻求IC厂商和变压器厂商支援。

变压器设计（构造设计）－其1

变压器设计（构造设计）－其2

关键要点

・计算出数值后，进入具体的变压器构造的设计。

・计算出数值后，如果能大略完成构造设计，有望在变压器厂商等的协助下，设计出最终版本。

主要部件的选定－MOSFET相关 其1

关键要点

・选定开关晶体管（MOSFET）主要考量漏极－源极间耐压、峰值电流、导通电阻损耗、封装容许损耗。

・单纯的纸上计算仍很难严谨地做出选定，仍须靠经验法则和实际测量才行。

主要部件的选定－MOSFET相关 其2

关键要点

・为了控制开关用晶体管（MOSFET）的工作，依据电源IC的规格设计电路。

・请遵照电源IC的技术规格中，所记载的决定电路、常量的方法等内容。

主要部件的选定－CIN和缓冲

关键要点

・输入电容器CIN能在输入电源瞬断或开关时，补足所流入的输入电流，是电路上非常重要的装置。

・基本上缓冲电路为必要配件，能在输入产生浪涌时，保护开关晶体管。

主要部件的选定－输出整流器和Cout

关键要点

・基本的电路工作与二极管整流式DC/DC转换器相同。

・输出整流二极管，使用损耗小的肖特基二极管、快速恢复二极管。

・输出电容器所使用的电解电容器，要根据纹波电流和寿命充分考量。

主要部件的选定－IC的VCC相关

关键要点

・电源IC必须使用电源IC内的控制电路用的低电压DC电源（呼称例：VCC等），一般而言会使用变压器的辅助绕组（其他呼称：VCC绕组、三级绕组等）。

・电源的生成大多利用简单的二极管整流。

・电压依照IC规格，特别是AC/DC是从高电压转换而来，必须注意不要超过额定值。

主要部件的选定－IC的设定、其他

关键要点

・使用电源IC的设计中，除了基本部件（桥式二极管、变压器等）外，还需电源IC功能设定等部件。

・电源IC部件的常量等遵照技术规格、应用备忘录、设计手册等的说明。

・大多用来设定保护电路的差动等級和限制值等，主要有电阻和电容器等部件。

EMI对策及输出噪声对策

关键要点

・开关电源是潜在的EMI源头，必须同时针对传导噪声和辐射噪声采取对策。

・从EMC的角度来看，主要是辐射（辐射噪声）对策。

・基本对策是噪声滤波器的设置，与基板布局或基本部件也有关系。

基板布局例

关键要点

・开关电源设计时，基板布局会对电源性能和EMC造成非常大的影响。

・基本上会流过大电流的线尽量粗、尽量缩短、环路尽量缩小。

・控制信号线和噪声多的线分开配置，也不能经过变压器正下方。

审核编辑 黄宇