开关电源设计手册

設計流程簡介

1 目的

希望以簡短的篇幅，將公司目前設計的流程做介紹，若有介紹不當之處，請不吝指教.

2 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.

3 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証是很重要的，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)?LpxIpx100Gauss NpxAeB(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:

當變壓器決定後，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

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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，最終應以溫昇記錄為準。

3.2.4 決定Duty cycle (工作週期):

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%易導致振盪的發生。

Ns(Vo?VD)x(1?D) ?NpVin(min)xD? NS = 二次側圈數 ? NP = 一次側圈數 ? Vo = 輸出電壓

? VD= 二極體順向電壓

? Vin(min) = 濾波電容上的谷點電壓 ? D = 工作週期(Duty cycle) 3.2.5 決定Ip值:

Ip?Iav?1?I 2Iav?Pout

Vin(min)xDx??I?Vin(min)Px Lpf? Ip = 一次側峰值電流

? Iav = 一次側平均電流 ? Pout = 輸出瓦數 ? ??效率

? f?PWM震盪頻率

3.2.6 決定輔助電源的圈數:

依據變壓器的圈比關係，可決定輔助電源的圈數及電壓。

3.2.7 決定MOSFET及二次側二極體的Stress(應力):

依據變壓器的圈比關係，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，且必頇使用TL431而非TL432時，頇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B(max)?LpxIpx100Gauss公式中，如此可得出NpxAeB(max)，若B(max)值太高或太低則參數必頇重新調整。

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)，剩餘可繞面積

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=4.4mm.

? 假設fT = 45 KHz ，Vin(min)=90V，?=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，所以剩餘可繞面積為4.4mm.

? 假設濾波電容使用47uF/400V，Vin(min)暫定90V。

? 決定變壓器的線徑及線數:

Iin?Pout13.2??0.42A

Vin(min)x?xcos?90x0.7x0.5? 假設NP使用0.32ψ的線 電流密度=

0.42?0.32?3.14x??2??2?0.42?1.286A

3.14x0.1024可繞圈數=

剩餘可繞面績4.4??12.57圈 ?0.32?0.03?線徑? 假設Secondary使用0.35ψ的線

電流密度=

4?0.35?3.14x??2??2?4?44.07A

3.14x0.0289? 假設使用4P，則 電流密度=

可繞圈數=

44.07?11.02A 44.4?11.57圈

?0.35?0.03?? 決定Duty cycle:

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

Ns?Vo?VD??1?D? ?NpVin(min)D?3.3?0.5??1?D??D?48.2%2? 4490D3/17

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? 決定Ip值:

Ip?Iav?1?I 2Iav??I?Pout13.2??0.435A

Vin(min)x?xD90x0.7x0.482Vin(min)D900.482x?x?0.603A Lpf1600u45K0.603?0.737A 2Ip?0.435?? 決定輔助電源的圈數:

假設輔助電源=12V

Ns3.8 ?NA11223.8 ?NA112NA1=6.3圈

假設使用0.23ψ的線 可繞圈數=

4.4?19.13圈

(0.23?0.02)若NA1=6Tx2P，則輔助電源=11.4V

? 決定MOSFET及二次側二極體的Stress(應力):

MOSFET(Q1) =最高輸入電壓

(380V)+=380?Np?Vo?VD? Ns44?3.3?0.5? 2=463.6V

Diode(D5)=輸出電壓(Vo)+

(380V)

=3.3?2x380 44Nsx最高輸入電壓Np=20.57V

Diode(D4)=

輸出電壓(NA2)?Nsx最高輸入電壓(380V)Np

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