開關電源電路設計指南

設計步驟：

2.1 繪線路圖、PCB Layout.

2.2 變壓器計算。

2.3 零件選用。

2.4 設計驗證。

設計流程介紹（以DA-14B33 為例）：

3.1 線路圖、PCB Layout 請參考資識庫中說明。

3.2 變壓器計算：

變壓器是整個電源供應器的重要核心，所以變壓器的計算及驗證是很重要的，以下即就DA-14B33 變壓器做介紹。

3.2.1 決定變壓器的材質及尺寸：

依據變壓器計算公式

B（max） = 鐵心飽合的磁通密度（Gauss）

Lp = 一次側電感值（uH）

Ip = 一次側峰值電流（A）

Np = 一次側（主線圈）圈數

Ae = 鐵心截面積（cm2）

B（max） 依鐵心的材質及本身的溫度來決定，以TDK Ferrite Core PC40 為例，100℃時的B（max）為3900 Gauss，設計時應考慮零件誤差，所以一般取3000~3500 Gauss 之間，若所設計的power 為Adapter（有外殼）則應取3000 Gauss 左右，以避免鐵心因高溫而飽合，一般而言鐵心的尺寸越大，Ae 越高，所以可以做較大瓦數的Power。

3.2.2 決定一次側濾波電容：

濾波電容的決定，可以決定電容器上的Vin（min），濾波電容越大，Vin（win）越高，可以做較大瓦數的Power，但相對價格亦較高。

3.2.3 決定變壓器線徑及線數：

當變壓器決定后，變壓器的Bobbin即可決定，依據Bobbin的槽寬，可決定變壓器的線徑及線數，亦可計算出線徑的電流密度，電流密度一般以6A/mm2為參考，電流密度對變壓器的設計而言，只能當做參考值，最終應以溫升記錄為準。

設計流程簡介

3.2.4 決定Duty cycle （工作周期）：

由以下公式可決定Duty cycle ，Duty cycle 的設計一般以50%為 基準，Duty cycle 若超過50%易導致振蕩的發生。

NS = 二次側圈數

NP = 一次側圈數

Vo = 輸出電壓

VD= 二極管順向電壓

Vin（min） = 濾波電容上的谷點電壓

D = 工作周期（Duty cycle）

3.2.5 決定Ip 值：

Ip = 一次側峰值電流

Iav = 一次側平均電流

Pout = 輸出瓦數

h =效率

f = PWM 振蕩頻率

3.2.6 決定輔助電源的圈數：

依據變壓器的圈比關系，可決定輔助電源的圈數及電壓。

3.2.7 決定MOSFET 及二次側二極管的Stress（應力）：依據變壓器的圈比關系，可以初步計算出變壓器的應力（Stress）是否符合選用零件的規格，計算時以輸入電壓264V（電容器上為380V）為基準。

3.2.8 其它：

若輸出電壓為5V 以下，且必須使用TL431 而非TL432 時，須考慮多一組繞組提供Photo coupler 及TL431 使用。

3.2.9 將所得資料代入

公式中，如此可得出 B（max），若B（max）值太高或太低則參數必須重新調整。

3.2.10 DA-14B33 變壓器計算：

輸出瓦數13.2W（3.3V/4A），Core = EI-28，可繞面積（槽寬）=10mm，Margin Tape = 2.8mm（每邊），剩余可繞面積=4.4mm.

假設fT = 45 KHz ，Vin（min）=90V，η =0.7，P.F.=0.5（cos θ），Lp=1600 Uh

計算式：

變壓器材質及尺寸：

由以上假設可知材質為PC-40，尺寸=EI-28，Ae=0.86cm2，可繞面積（槽寬）=10mm，因Margin Tape使用2.8mm，所以剩余可繞面積為4.4mm.

2 假設濾波電容使用47uF/400V，Vin（min）暫定90V。

l 決定變壓器的線徑及線數：

2 假設NP使用0.32ψ的線

電流密度

可繞圈數

假設Secondary使用0.35ψ的線

假設使用4P，則

決定Duty cycle：

假設Np=44T，Ns=2T，VD=0.5（使用schottky Diode）

決定Ip 值：

決定輔助電源的圈數：

假設輔助電源=12V

假設使用0.23ψ的線

若NA1=6Tx2P，則輔助電源=11.4V

決定MOSFET 及二次側二極管的Stress（應力）：

Ns

其它：

因為輸出為3.3V，而TL431 的Vref值為2.5V，若再加上photo coupler 上的壓降約1.2V，將使得輸出電壓無法推動Photo coupler 及TL431，所以必須另外增加一組線圈提供回授路徑所需的電壓。

假設NA2 = 4T 使用0.35ψ線，則

所以可將NA2定為4Tx2P

變壓器的接線圖：

3.3 零件選用：

零件位置（標注）請參考線路圖： （DA-14B33 Schematic）

3.3.1 FS1保險絲：

由變壓器計算得

到Iin 值，以此Iin值（0.42A）可知使用公司共享料2A/250V，設計時亦須考慮Pin（max）時的Iin是否會超過保險絲的額定值。

3.3.2 TR1（熱敏電阻）：

電源啟動的瞬間，由于C1（一次側濾波電容）短路，導致Iin電流很大，雖然時間很短暫，但亦可能對Power 產生傷害，所以必須在濾波電容之前加裝一個熱敏電阻，以限制開機瞬間Iin在Spec 之內（115V/30A，230V/60A），但因熱敏電阻亦會消耗功率，所以不可放太大的阻值（否則會影響效率），一般使用SCK053（3A/5Ω），若C1 電容使用較大的值，則必須考慮將熱敏電阻的阻值變大（一般使用在大瓦數的Power 上）。

3.3.3 VDR1（突波吸收器）：

當雷極發生時，可能會損壞零件，進而影響Power 的正常動作，所以必須在靠AC 輸入端 （Fuse 之后），加上突波吸收器來保護

0.32Φx1Px22T

0.32Φx1Px22T

0.35Φx2Px4T

0.35Φx4Px2T

0.23Φx2Px6T

設計流程簡介

Power（一般常用07D471K），但若有價格上的考慮，可先忽略不裝。

3.3.4 CY1，CY2（Y-Cap）：

Y-Cap 一般可分為Y1 及Y2 電容，若AC Input 有FG（3 Pin）一般使用Y2- Cap ， AC Input 若為2Pin（只有L，N）一般使用Y1-Cap，Y1與Y2 的差異，除了價格外（Y1 較昂貴），絕緣等級及耐壓亦不同（Y1稱為雙重絕緣，絕緣耐壓約為Y2 的兩倍，且在電容的本體上會有“回”符號或注明Y1），此電路因為有FG 所以使用Y2-Cap，Y-Cap會影響EMI特性，一般而言越大越好，但須考慮漏電及價格問題，漏電（Leakage Current ）必須符合安規須求（3Pin 公司標準為750uAmax）。

3.3.5 CX1（X-Cap）、RX1：

X-Cap 為防制EMI零件，EMI 可分為Conduction及Radiation 兩部分，Conduction 規范一般可分為： FCC Part 15J Class B 、 CISPR22（EN55022） Class B 兩種 ， FCC測試頻率在450K~30MHz，CISPR22 測試頻率在150K~30MHz， Conduction可在廠內以頻譜分析儀驗證，Radiation 則必須到實驗室驗證，X-Cap 一般對低頻段（150K ~數M 之間）的EMI 防制有效，一般而言X-Cap 愈大，EMI 防制效果愈好（但價格愈高），若X-Cap 在0.22uf 以上（包含0.22uf），安規規定必須要有泄放電阻（RX1，一般為1.2MΩ 1/4W）。

3.3.6 LF1（Common Choke）：

EMI 防制零件，主要影響Conduction 的中、低頻段，設計時必須同時考慮EMI特性及溫升，以同樣尺寸的Common Choke 而言，線圈數愈多（相對的線徑愈細），EMI 防制效果愈好，但溫升可能較高。