BOSHIDA模塊電源 ACDC電源模塊電路設計的步驟

下面簡單介紹下AC-DC電源模塊電路設計的步驟。

1、首先是決定模塊電源設計規格，接著一邊選擇能滿足該規格的IC和部件，一邊進行設計。除了電路圖外，還必須設計基板的線路。之后是進行試作和評估、量產的流程。第二個步驟為選擇電源IC，但在設計基板電源時，幾乎都會設計成使用電源IC的電路，因此次一個步驟才會是選擇電源IC。

負責設計的工程師其工作范圍會因為公司和各種因素而不同，例如原本認為不算設計工作范圍，但可能會和出貨檢查的方法、調查不良品等有關。這些都必須反饋至設計上，且在市場推出產品時，也須完成類似上述的相關制程。

2、初期設計中最重要的就是明確要求規格。這原本就是一開始最重要的步驟，如果未決定整個電路基板的規格，無可避免地沒有辦法決定AC-DC電源模塊規格，但卻常聽到愈接近設計期間，才手忙腳亂的開始設計。正因為一開始未做出決定，將無法繼續進行下去，必須利用暫時規格，根據推算出必要電壓的負載電流，開始著手設計。

在開始時必須決定的主要內容如下所述：

(1)輸入電壓范圍、輸出電壓及精度;

(2)負載電流、有無瞬態;

(3)待機時功耗、效率;

(4)溫度范圍、冷卻方式;

(5)尺寸大小、高度;

(6)保護功能，例如過壓、過熱、短路、過載等;

(7)應該環境，例如工業、車載、航天、軍工等;

(8)成本

如果要出口到國外的產品，必須具備支持該國電壓、全球電壓的通用輸入規格。有的國家電壓不穩定，要討論該國容許誤差的范圍為多少等許多注意事項。元件選擇也會出現相當大的波動，這代表在開始時，必須盡可能多地收集相關信息。嚴格說來，即使規格不清不楚，但仍必須硬著頭皮著手設計。目的為期限內設計出正確的AC-DC電源模塊，設計上必須保持機動。

3、決定規格后，接下來就是選出能滿足該規格的電源IC。根據要求事項，決定適合的AC-DC方式為變壓器方式或開關方式，降壓或升壓，線性或反饋，反激式或正激式，絕緣或非絕緣等，并且選擇電源IC。也就是說選擇電源IC決定了電源方式，基本上電源IC必須采用特殊方式，利用決定的方式選擇電源IC。在設計使用電源IC時，會因為使用的電源IC來決定電路和元件。

電源IC規格不一，具備的功能也不盡相同。在選擇電源IC時，關鍵要點為找出具備電源上必要功能的IC。如果在裝上電源IC后，為了增加功能還得增加更多外置元件和安裝面積，且設計和評估的時間也勢必增加。如果能夠順利使用電源IC，將有助于提升設計的效率。選擇時，會有大是包含小在內的提問，其實關鍵要點在于廣泛準備高耐壓和支持大功率的規格。答案是可兼顧，但考慮效率、外置元件調整至優化，因此并不推薦。

最后是各家制作的開關電源用IC等元件，彼此之間無法兼容。雖然構造非常相似，引腳配置位置卻不同。基本上無法和更換線性穩壓器78種系列產品一樣隨意更換，在設計過程中，規劃好基板線路后才變更元件，代表著重新設計，因此在選擇元件時，必須充分加以討論。

4、決定電源IC后，參考該電源IC的技術規格的說明或應用范例，繼續進行設計。此時雖然會決定外置的電容器或電阻等的常量，但開關式AC-DC電源模塊上，設計變壓器是非常重要的一環。

設計外圍元件選定：

(1)主要變壓元件，有變壓器、電橋、二極管、電容器等;

(2)必須使用的電源IC元件;

(3)各種常量的計算及優化;

(4)變壓器的設計，如尺寸、L值、匝數、設計構造(線徑、層)

變壓器設計依照以下的步驟進行。開始先討論變壓器的尺寸，根據模塊電源方式、開關頻率、輸出功率等，決定變壓器的尺寸。為了避免磁飽和，決定主要線圈(一次側線圈)的L值、各線圈的匝數。完成后再進入設計構造。設計構造時，層構造必須考慮結合度，并確保沿面距離符合安全規范，以及確認是否纏繞成骨架有效繞線槽后，再決定線材的線徑。

5、完成圖紙和元件列表、建立基板布局后，即進入試作、評估性能的階段。試作階段從確認基本工作開始，不過經常不知道什么工作才是正確的。此時可以利用電源IC廠家準備的評估板，或許細部規格會和自己設計規格不同，但仍可作為比較、探討的樣本。

電源模塊評估項目有測量效率等諸多項目，如果有適用于AC功率計(電力計)將更便利。當然，可以利用電壓表、電流表、鉗形電流表等進行測量，但仍推薦使用功率計顯示效率。務必使用示波器觀察各點的波形，如果未仔細觀察波形，是無法發現異常的波形、噪聲和峰波等。評估時，須仔細確認輸出電壓、負載電流、溫度的余量很重要。如果設計上對于溫度的余量不足，容易在量產時偏離要求的規格，或因為該批產品影響到不良率。構成電路的元件特性都不一樣，因此必須要了解元件特性，并設計出能達到規格目標的產品。

6、調試和優化的工作結束后，開始判斷是否可以進入量產。有時可能無法完全滿足要求規格，會為了滿足無論如何都不會退讓的規格要求，必須重新設計，或是稍微妥協，討論如何取得權衡，盡量讓全部AC-DC電源模塊接近目標值。最后量產評估沒有問題，開始投入生產，出貨檢查即可銷售。

審核編輯：湯梓紅