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4.模擬電路仿真

 

5.熱仿真（針對(duì)大功率）

 

6.計(jì)算工具（計(jì)算書）等

 

對(duì)于新人來說，我給的建議少用工具，多計(jì)算，自己把握設(shè)計(jì)的過程，因?yàn)楣ぞ呤侨俗龅?，不同人的設(shè)計(jì)習(xí)慣差異，不能用一個(gè)固定的設(shè)計(jì)模式來設(shè)計(jì)不同的電源。

 

有些仿真可以與設(shè)計(jì)相結(jié)合：比如環(huán)路設(shè)計(jì)好后是很難直接滿足設(shè)計(jì)需求的，仿真可以在試驗(yàn)前很好驗(yàn)證，但仿真也不是完全和試驗(yàn)一樣，至少不會(huì)差太遠(yuǎn)。

 

熟練運(yùn)用Mathcad和Saber也是必要的，只是很多我們需要弄清原理的層面，把工具只需要當(dāng)做計(jì)算器來使用，更快速方便更高效來滿足我們?cè)O(shè)計(jì)就好，想純依賴工具來設(shè)計(jì)電源，無疑是走入極大誤區(qū)。

 

問題12：評(píng)判一塊電源板LAYOUT好壞有哪些地方能一針見血發(fā)現(xiàn)？

 

什么樣的PCB是一塊好的PCB，至少要滿足以下一個(gè)方面：

 

1.電性能方面干擾小，關(guān)鍵信號(hào)線及底線走的合理，各方面性能穩(wěn)定（前提是電路無缺陷）；

 

2.利于EMC，輻射低，環(huán)路走的合理；

 

3.滿足安規(guī)，安規(guī)距離滿足要求；

 

4.滿足工藝，量產(chǎn)可生產(chǎn)性，以及減小生產(chǎn)成本；

 

5.美觀，布局規(guī)則有序 (器件不東倒西歪)，走線漂亮美觀，不七彎八繞的。

 

如何才能做到以上幾點(diǎn)，分享我的布板經(jīng)驗(yàn)：

 

1.布局前，了解清楚電源的規(guī)格書，電源的規(guī)格，有無特殊要求，以及要過的安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)輸入條件是不是準(zhǔn)確，以及風(fēng)道的確認(rèn)，輸入輸出端口的確認(rèn)，以及主功率流向。工藝路線選取，根據(jù)器件的密度，以及有無特殊器件，選擇相對(duì)應(yīng)工藝路線。

 

2.布局中，注意合理的布局，保證四大環(huán)路盡可能小，提前預(yù)判后續(xù)走線是否好走。變壓器的擺放基本決定了整體的布局，一定要慎重，放到最佳位置。 EMI部分的布局流向清晰，與其它主功率部分有清晰的隔離帶。減少受到主功率開關(guān)器件的干擾。各吸收回路的面積盡可能小，散熱器的長(zhǎng)度以及位置要合理，不擋風(fēng)道。

 

3.走線部分，輸入EMI電路的走線是否滿足安規(guī)，原副邊距離，輸入輸出對(duì)大地的距離都要滿足安規(guī)。走線的粗細(xì)是否滿足足夠的電流大小，關(guān)鍵信號(hào)（例如驅(qū)動(dòng)信號(hào)，采樣信號(hào)，地線是否合理），驅(qū)動(dòng)信號(hào)不要干擾敏感信號(hào)（高頻信號(hào)）；采樣信號(hào)是否采樣準(zhǔn)確，是否會(huì)受到干擾；地線是否拉得合理（有時(shí)需要單點(diǎn)接地，有時(shí)需要多點(diǎn)接地跟實(shí)際需要有關(guān)），主功率地和信號(hào)地嚴(yán)格區(qū)分開，原邊芯片地從采樣電阻取，不要從大電解?。ㄓ绕涫遣蓸与娮韬痛箅娊獾鼐嚯x遠(yuǎn)時(shí)），VCC的地前級(jí)地回大電解，二級(jí)電容地接芯片，反饋信號(hào)也單點(diǎn)接IC，地單點(diǎn)接IC。散熱器的地必須接主功率地，不能接信號(hào)地等等很多的細(xì)節(jié)要求。

 

問題13：電源的元器件你懂多少？MOS管結(jié)電容多大，對(duì)哪些有影響？RDS跟溫度是什么關(guān)系？肖特基反向恢復(fù)電流影響什么？電容的ESR會(huì)帶來哪些影響？

 

電源中的設(shè)計(jì)的器件類型很多，主要有半導(dǎo)體器件如：MOS管，三極管，IC，運(yùn)放，二極管，光耦等；磁性器件：電感，變壓器，磁珠等；電容：Y電容，X電容，瓷片電容，電解電容，貼片電容等；每種器件都有其規(guī)格，極限參數(shù)。

 

常規(guī)的參數(shù)在我們選型很容易把握，例如選取MOS管，耐壓參數(shù)肯定會(huì)考慮，額定電流也會(huì)考慮，導(dǎo)通電阻我們會(huì)考慮，但還有一些寄生參數(shù)以及一些隨溫 度變化特性的參數(shù)卻很少去注意，或者只有在發(fā)現(xiàn)問題的時(shí)候才會(huì)去找。導(dǎo)通電阻Rds(on)隨溫度升高其阻值是變大的，設(shè)計(jì)MOS管損耗時(shí)要考慮到其工作的環(huán)境溫度。結(jié)電容影響到我們的開通損耗，也會(huì)影響到EMC。

 

肖特基二極管耐壓，額定電流一般很好注意，有些參數(shù)例如導(dǎo)通壓降在溫度升高時(shí)會(huì)減小，反向恢復(fù)時(shí)間短，不過漏電流大（尤其是考慮到高溫時(shí)漏電流影響就更大了），寄生電感會(huì)引起關(guān)斷尖峰很高。

 

電容一個(gè)重要參數(shù)ESR，在計(jì)算紋波時(shí)通常會(huì)考慮，ESR一般與C的關(guān)聯(lián)是很大的，不過不同廠家的品質(zhì)因素影響也是很巨大，一定要具體分清楚。

 

一般估算公司可參考：ESR=10/（C的0.73次方），電容在高溫時(shí)壽命會(huì)縮短，低溫時(shí)容量會(huì)減小，漏電流也會(huì)增加等等；

 

當(dāng)然器件在特殊情形表現(xiàn)出來的特性差異是值得我們思考的問題，請(qǐng)大家多多思量，對(duì)于我們解決特殊情況下的問題非常有幫助。

 

問題14：你對(duì)磁性材料了解多少，磁環(huán)和磁芯有哪些差異?低磁環(huán)和高磁環(huán)用在什么情況？

 

磁性器件對(duì)開關(guān)電源的重要性不言而喻，可以說是電源的心臟部位。 磁性材料的種類也繁多，常用來做變壓器的一般是鐵氧體材料，主要是價(jià)格便宜，開關(guān)頻率最大能做到1000K，夠一般情況下使用了。鐵氧體磁芯既可以做主變壓器也可以做電感，如PFC電感（一般鐵硅鋁材質(zhì)居多，性價(jià)比高），儲(chǔ)能電感也可以。當(dāng)然在要求高的情況下，尤其是大功率一般用磁環(huán)，主要是感量可以做大，不易飽和，相對(duì)鐵氧體磁芯來說，不過缺點(diǎn)是價(jià)格貴，尤其是大電流，繞制工藝較困難。磁環(huán)也分高U值和低U值，主要也是磁環(huán)的材料不同照成，高U環(huán)磁環(huán)外觀是綠色，一般EMI電路的共模電感選用，感量會(huì)相對(duì)較大濾低頻，顏色偏灰的是低U環(huán)，感量很低，濾高頻。一般為了EMC都是搭配使用效果一般都比較好！

 

問題15：電源損耗是怎么分布的？MOS管損耗？變壓器損耗?變壓器除了直流損耗，還有交流損耗怎么算的？

 

電源損耗一般集中在以下一些方面：

 

1.MOS管的開通損耗及導(dǎo)通損耗；

 

2.變壓器的銅損和鐵損；

 

3.副邊整流管的損耗；

 

4.橋式整流的損耗。

 

5.采樣電阻損耗；

 

6.吸收電路的損耗；

 

7.其它損耗：PFC電感損耗，LLC的諧振電感損耗，同步整流的MOS管損耗等。

 

針對(duì)這些損耗，適當(dāng)?shù)臏p小可以提升效率。1.針對(duì)MOS管可選用開關(guān)速度快的，導(dǎo)通電阻低的，電路上課采用軟開關(guān)。2.針對(duì)變壓器：選擇合適大小的磁芯，磁芯太小損耗會(huì)大，很難做到銅損和鐵損平衡。尤其是銅損不僅有直流損耗還有交流損耗，交流損耗一般比直流損耗還大2倍，因?yàn)殂~線在高頻下的交流阻抗比直流阻抗大的多，計(jì)算時(shí)一定要充分估算進(jìn)去。

 

問題16：電源中的熱設(shè)計(jì)，散熱器是怎么選擇的？散熱器設(shè)計(jì)需要考慮什么？

 

散熱器的設(shè)計(jì)是開關(guān)電源的一個(gè)重點(diǎn)，散熱器主要是針對(duì)我們的發(fā)熱器件溫升過高，需要采用散熱器來降低熱阻來達(dá)到降低溫升的作用！

 

主要發(fā)熱器件：整流橋，MOS管，整流二極管，變壓器，電感等等。

 

散熱器的大小選擇一般根據(jù)損耗的功率，需要的溫升來計(jì)算熱阻，根據(jù)熱阻來選擇相應(yīng)面積的散熱器 。

 

 

當(dāng)然也需要一些輔助的方式，比如在器件和散熱片間涂散熱膏，有會(huì)有些效果。比較小的空間可采用型材散熱，體積小，散熱面積大。

 

 

特殊器件有特殊的處理：如變壓器可將變壓器底下的PCB板挖空散熱，也可以在變壓器上用導(dǎo)熱泥貼散熱片的方式。電感也可以加銅環(huán)散熱等等。

 

問題17：LLC的輸出濾波電容怎么決定的?受哪些因素影響？

 

輸出濾波電容對(duì)輸出紋波至關(guān)重要，選擇合適的濾波電容需要從成本及紋波需求考慮，當(dāng)然對(duì)每種拓?fù)錇V波電容的選取都是按照輸出紋波需求，紋波電流所對(duì) 應(yīng)的ESR值來選取對(duì)應(yīng)的電容，當(dāng)然電容的容量與ESR的關(guān)系跟電容的品質(zhì)也有著很重要的關(guān)系，之前已經(jīng)討論過其關(guān)系式。紋波電壓時(shí)我們的需求，一般按照 50mv的需求的話，設(shè)計(jì)留有余量一般選擇10mv。（考慮到PCB板濾波效果，電容低溫容值降低），紋波電流計(jì)算式如下：

 

 

問題18：移相全橋的驅(qū)動(dòng)是什么實(shí)現(xiàn)的？何為移相？移相帶來什么？

 

移相全橋目前在中大功率使用中，也是用的很火，受歡迎程度僅次于LLC諧振半橋。之前已經(jīng)比較過不同拓?fù)涞氖褂们闆r，這里就專門介紹下移相全橋的特點(diǎn)。

 

移相全橋特點(diǎn)一：驅(qū)動(dòng)比較復(fù)雜，導(dǎo)致控制電路復(fù)雜，成本很高，原因是移相全橋一般有4個(gè)MOS，對(duì)驅(qū)動(dòng)能力要求很高，一般IC很難做到，需要對(duì)驅(qū)動(dòng)能力通過外置MOS管放大使用，又為了加強(qiáng)可靠性一般采用隔離變壓器來驅(qū)動(dòng)MOS管。

 

移相全橋特點(diǎn)二：移相，為什么要移相，移相帶來什么，跟普通全橋有什么區(qū)別。移相針對(duì)的是同一組的MOS管，讓2個(gè)MOS管依次導(dǎo)通，可以降低開關(guān) 損耗。超前臂橋?qū)崿F(xiàn)ZVS同時(shí)，副邊處于續(xù)流，原邊電流被二極管分擔(dān)，MOS管電流也很小，近似零電流導(dǎo)通，滯后臂橋可以零電壓導(dǎo)通。

 

移相全橋特點(diǎn)三：工作過程復(fù)雜，二個(gè)輸出功率狀態(tài)（靠原邊提供能量），二個(gè)續(xù)流狀態(tài)（靠副邊電感及電容提供供能量），四個(gè)死區(qū)（來分別實(shí)現(xiàn)每個(gè)MOS管軟開通I）

 

只是為了給新手了解移相全橋，作為開關(guān)電源比較重要的拓?fù)湟徊糠?，它的重點(diǎn)和難點(diǎn)在哪里。

 

問題19：大功率若追求效率，無橋PFC是怎么實(shí)現(xiàn)的？原理是什么？

 

很多人都聽說過無橋PFC，不過真正使用起來并不很常見，原因是無橋PFC相比普通有橋PFC效率上固然有提升，一般也就在1-2%，若不是追求高 效，一般都不會(huì)使用，成本太高。根據(jù)無橋PFC的特點(diǎn)，其實(shí)整流橋并沒有真正省去不用，只是當(dāng)做交流輸入正負(fù)半軸的隔離使用，簡(jiǎn)單來說相當(dāng)于普通二個(gè) PFC，交流正負(fù)半軸各一個(gè)，相應(yīng)的PFC電感也會(huì)增加一個(gè)，MOS管也會(huì)增加一個(gè)，驅(qū)動(dòng)IC也會(huì)復(fù)雜一些，對(duì)于大功率為了做高效，檢測(cè)電阻用變壓器繞組來做，可以減小損耗。之前接觸過一個(gè)960W用無橋PFC+LLC效率達(dá)到96.5%，不過最終因?yàn)榭蛻粢筝斎腚妷航涣骱椭绷鞫寄軡M足，這時(shí)候無橋PFC就不能在直流下發(fā)揮很好的作用就否決了。

 

問題20：電力電源中為什么用到三相電？三相三電平是怎么實(shí)現(xiàn)，三電平帶來了什么？

 

三相電在電力電源中使用比較多，一般在大功率1KW以上或者上萬W的場(chǎng)合。三相電一般采用三相四線，其中一根是零線，四根線相當(dāng)于能夠傳輸普通二相電三倍的功率，傳輸功率更大是其最大優(yōu)勢(shì);其次三相電易于產(chǎn)生，目前最常見的三相異步電機(jī)，能簡(jiǎn)單方便產(chǎn)生。三相三電平是怎么回事呢，因?yàn)槿嚯姴荒苤苯咏o某些用電設(shè)備供電，需要轉(zhuǎn)變成普通的二相電。一般過程，采用三相PFC轉(zhuǎn)換為直流電，直流電然后逆變成二相交流電。這里面就牽涉到三電平技術(shù)，三相電PFC整流出來不是普通正負(fù)DC，而是三電平，也就是正DC，零，負(fù)DC。從這里也可以看出來采用三電平器件的應(yīng)力降低，諧波含量低，開關(guān)管損耗也低，這樣在高壓大功率場(chǎng)合優(yōu)勢(shì)就非常突出了。

 

問題21：電源中有很多保護(hù)電路，你最多能說幾種保護(hù)？怎么去實(shí)現(xiàn)？

 

電源的可靠性離不開保護(hù)電路，通常有哪些保護(hù)電路呢？

 

1.輸入欠壓過壓很常用，對(duì)交流信號(hào)采樣。

 

2.輸出過壓保護(hù)，一旦電源開關(guān)能鎖機(jī)對(duì)電源可靠性也有幫助。

 

3.過流保護(hù)，有的是采用恒流做過流，有的采用限功率來做過流，當(dāng)然也可以鎖機(jī)來做，目的一個(gè)可靠性，方法很多種。最可靠的保護(hù)一定是鎖死而不是打嗝！

 

4.過溫保護(hù)，采用熱敏對(duì)變壓器或者是環(huán)境溫度等方式檢測(cè)，來反饋給到IC鎖機(jī)或者打嗝。

 

5.短路保護(hù)，短路可以打嗝，同樣也可以鎖機(jī)。

 

這些是一般電源常用的，有的可以說是必備的保護(hù)電路。所以看好規(guī)格書選擇合適的IC來做保護(hù)功能更方便的保護(hù)電路。我用過一款LD7522做反激，這些功能就能很好，可以簡(jiǎn)單全部的做出來。

 

問題22：搞電源不懂市場(chǎng)？你搞的電源何去何從？開發(fā)出了沒用？替老板賺到錢才有用。

 

終于到了最后一個(gè)問題，電源市場(chǎng)問題一般工程師可能關(guān)注的少，注重研發(fā)是錯(cuò)誤。項(xiàng)目成功不是做出來，而是賺到少的錢。

 

舉個(gè)例子：你一年做了三個(gè)項(xiàng)目累死累活，賺了100萬，另一個(gè)人一年就做了一個(gè)項(xiàng)目，比做三個(gè)項(xiàng)目輕松多了，一年賺了1000萬，老板喜歡哪個(gè)？

 

有的人說項(xiàng)目又不是我們選擇，怎么知道賺不賺錢，但是賺錢項(xiàng)目的特點(diǎn)我們要熟悉啊，什么樣的電源市場(chǎng)上比較火啊，你清楚嗎？按照自己公司現(xiàn)有的模式來開發(fā)，有沒有和大公司的設(shè)計(jì)差距啊。不是說項(xiàng)目能不能做出來，而是能不能最優(yōu)的做出來，其實(shí)站在研發(fā)角度也就是如何選擇最優(yōu)拓?fù)?，做省方案?/div>