電源研發(fā)可能遇到的那些問題，這篇文章講透了

在電源研發(fā)的過程中，我們總會(huì)遇到這樣或者那樣的問題，這里有大牛多年研發(fā)電源問題及解答，一起學(xué)習(xí)吧！

話不多說，直接上題。

問題一

我們小功率用到最多的反激電源，為什么我們常常選擇 65K 或者 100K（這些頻率段附近）作為開關(guān)頻率？有哪些原因制約了？或者哪些情況下我們可以增大開關(guān)頻率？或者減小開關(guān)頻率？

開關(guān)電源為什么常常選擇 65K 或者 100K 左右范圍作為開關(guān)頻率，有的人會(huì)說 IC 廠家都是生產(chǎn)這樣的 IC，當(dāng)然這也有原因。每個(gè)電源的開關(guān)頻率會(huì)決定什么？

應(yīng)該從這里去思考原因。還會(huì)有人說頻率高了 EMC 不好過，一般來(lái)說是這樣，但這不是必然，EMC 與頻率有關(guān)系，但不是必然。想象我們的電源開關(guān)頻率提高了，直接帶來(lái)的影響是什么？當(dāng)然是 MOS 開關(guān)損耗增大，因?yàn)閱挝粫r(shí)間開關(guān)次數(shù)增多了。如果頻率減小了會(huì)帶來(lái)什么？開關(guān)損耗是減小了，但是我們的儲(chǔ)能器件單周期提供的能量就要增多，勢(shì)必需要的變壓器磁性要更大，儲(chǔ)能電感要更大了。選取在 65K 到 100K 左右就是一個(gè)比較合適的經(jīng)驗(yàn)折中，電源就是在折中合理化折中進(jìn)行。

假如在特殊情形下，輸入電壓比較低，開關(guān)損耗已經(jīng)很小了，不在乎這點(diǎn)開關(guān)損耗嗎，那我們就可以提高開關(guān)頻率，起到減小磁性器件體積的目的。

本貼關(guān)鍵：如何選擇合適 IC 的開關(guān)頻率？主流 IC 的開關(guān)頻率為什么是大概是這么一些范圍？開關(guān)頻率和什么有關(guān)，說的是普遍情況，不是想鉆牛角尖好多 IC 還有什么不同的頻率。更多的想發(fā)散大家思維去注意到這些問題！

我這里想說的普遍情況，主要想提的是開關(guān)頻率和什么有關(guān)，如何去選擇合適開關(guān)頻率，為什么主流 IC 以及開關(guān)頻率是這么多，注意不是一定，是普遍情況，讓新手區(qū)理解一般行為，當(dāng)然開關(guān)電源想怎么做都可以，要能合理使用。

1、你是如何知道一般選擇 65 或者 100KHZ，作為開關(guān)電源的開關(guān)頻率的？（調(diào)研普遍的大廠家主流 IC，這二個(gè)會(huì)比較多，當(dāng)然也有一些在這附近，還有一些是可調(diào)的開關(guān)頻率）

2、又是如何在工作中發(fā)現(xiàn)開關(guān)電源開關(guān)頻率確實(shí)工作在 65KHZ，或 100KHZ 的。（從設(shè)計(jì)角度考量，普遍電源使用這個(gè)范圍）

3、有兩張以上的測(cè)試 65KHZ100KHZ 頻率的圖片說明嗎？（何止二張圖片，毫無(wú)意義）

4、你是否知道開關(guān)電源可以工作在 1.5HZ.（你覺得這樣談?dòng)斜匾ぷ鳑]有什么不可以，純熟鉆牛角尖，做技術(shù)切記鉆牛角尖，那你能談?wù)劄槭裁雌毡殡娫床还ぷ髟?1.5HZ，說這個(gè)才有意義，你做出 1.5HZ 的電源純屬毫無(wú)意義的事情）

提醒：做技術(shù)人員切記鉆牛角尖，咱們不是校園研究派，是需要將理論與實(shí)踐現(xiàn)結(jié)合起來(lái)，做出來(lái)的產(chǎn)品才是有意義的產(chǎn)品！

問題二

LLC 中為什么我們常在二區(qū)設(shè)計(jì)開關(guān)頻率？一區(qū)和三區(qū)為什么不可以？有哪些因素制約呢？或者如果選取一區(qū)和三區(qū)作為開關(guān)頻率會(huì)有什么后果呢？

LLC 的原理是利用感性負(fù)載隨開關(guān)頻率的增大而感抗增大，來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)輸出電壓的，也就是 PFM 調(diào)制。并且 MOS 管開通損耗 ZVS 比 ZCS 小，一區(qū)是容性負(fù)載區(qū)，自然不可取。那么三區(qū)，開關(guān)頻率大于諧振頻率，這個(gè)仍是感性負(fù)載區(qū)，按道理 MOS 實(shí)現(xiàn) ZVS 沒有問題，確實(shí)如此。但是我們不能忽略副邊的輸出二極管關(guān)斷。也就是原邊 MOS 管關(guān)斷時(shí)，諧振電流并沒有減小到和勵(lì)磁電流相等，實(shí)現(xiàn)副邊整流二極管軟關(guān)斷。這也是我們通常也不選擇三區(qū)的原因。

我們不能只按前人的經(jīng)驗(yàn)去設(shè)計(jì)，而要知道只所以這樣設(shè)計(jì)是有其必然的道理的！

問題三

當(dāng)我們反激的占空比大于 50%會(huì)帶來(lái)什么？好的方面有哪些？不好的方面有哪些？

反激的占空比大于 50%意味著什么，占空比影響哪些因素？第一：占空比設(shè)計(jì)過大，首先帶來(lái)的是匝比增大，主 MOS 管的應(yīng)力必然提高。一般反激選取 600V 或 650V 以下的 MOS 管，成本考慮。占空比過大勢(shì)必承受不起。

第二點(diǎn)：很重要的是很多人知道，需要斜坡補(bǔ)償，否則環(huán)路震蕩。不過這也是有條件的，右平面零點(diǎn)的產(chǎn)生需要工作在 CCM 模式下，如果設(shè)計(jì)在 DCM 模式下也就不存在這一問題了。這也是小功率為什么設(shè)計(jì)在 DCM 模式下的其中一個(gè)原因。當(dāng)然我們?cè)O(shè)計(jì)足夠好的環(huán)路補(bǔ)償也能克服這一問題。

當(dāng)然在特殊情形下也需要將占空比設(shè)計(jì)在大于 50%，單位周期內(nèi)傳遞的能量增加，可以減小開關(guān)頻率，達(dá)到提升效率的目的，如果反激為了效率做高，可以考慮這一方法。

問題四

反激電源如果要做到一定的效率，需要從哪些方面著手？準(zhǔn)諧振？同步整流？

反激的一大劣勢(shì)就是效率問題，改善效率有哪些途徑可以思考的呢？減小損耗是必然的，損耗的點(diǎn)有開關(guān)管，變壓器，輸出整流管，這是主要的三個(gè)部分。

開關(guān)管我們知道反激主要是 PWM 調(diào)制的硬開關(guān)居多，開關(guān)損耗是我們的一大難點(diǎn)，好在軟開關(guān)的出現(xiàn)看到了希望。反激無(wú)法向 LLC 那樣做到全諧振，那只能朝準(zhǔn)諧振去發(fā)展（部分時(shí)間段諧振），這樣的 IC 也有很多問世，我司用的較多是 NCP1207，通過在 MOS 管關(guān)斷后，下一次開通前 1 腳檢測(cè) VCC 電壓過零后，然后在一個(gè)設(shè)定時(shí)間后開通下一周期。

變壓器的損耗如何做到最小，完美使用的變壓器后面問題會(huì)涉及到。

同步整流一般在輸出大電流情況下，副邊整流流二極管，哪怕用肖特基損耗依然會(huì)很大，這時(shí)候采用同步整流 MOS 替代肖特基二極管。有些人會(huì)說這樣成本高不如用 LLC，或者正激呢，當(dāng)然沒有最好的，只有更合適的。

問題五

電源的傳導(dǎo)是怎么形成的？傳導(dǎo)的途徑有哪些？常用的手段？電源的輻射受哪些東西影響？怎么做大功率的 EMC。

電源傳導(dǎo)測(cè)量方式是通過接收輸入端口 L，N，PE 來(lái)自電源內(nèi)部的高頻干擾（一般 150K 到 30M）。

解決傳導(dǎo)必須弄清楚通過哪些途徑減弱端口接收到的干擾。

一般會(huì)有二種模式：L，N 差模成分，以及通過 PE 地回路的共模成分。有些頻率是差共模均有。

通過濾波的方式：一般采用二級(jí)共模搭配 Y 電容來(lái)濾去，選擇的方式技巧也很重要，布板影響也很大。一般靠近端口放置低 U 電感，最好是鎳鋅材質(zhì)，專門針對(duì)高頻，繞線方式采用雙線并繞，減少差模成分。后級(jí)一般放置感量較大，在 4MH 到 10MH 附近，只是經(jīng)驗(yàn)值，具體需要與 Y 電容搭配。X 電容濾差模也需要靠近端口，一般放在二級(jí)共模中間。放置 Y 電容，電容布板時(shí)走線需要加粗，不可外掛，否則效果很差。（這些只是輸入濾波網(wǎng)絡(luò)上做文章）

當(dāng)然也可以從源頭上下手，傳導(dǎo)是輻射耦合到線路中的結(jié)果，減弱了開關(guān)輻射也能對(duì)傳導(dǎo)帶來(lái)好處。影響輻射的幾處一般有 MOS 管開通速度，整流管導(dǎo)通關(guān)斷，變壓器，以及 PFC 電感等等。這些電路上的設(shè)計(jì)需要與其他方面折中不做詳述。

一些經(jīng)驗(yàn)技巧：針對(duì)大功率的 EMC 一般需要增加屏蔽，立竿見影，屏蔽的部位一般有幾處選擇：

第一：輸入 EMI 電路與開關(guān)管間屏蔽，這對(duì) EMC 有很大的作用，很多靠濾波器無(wú)效的采用該方法一般很有效果。

第二：變壓器初次級(jí)屏蔽，一般設(shè)計(jì)變壓器若有空間最好加上屏蔽。

第三：散熱器的位置能很好充當(dāng)屏蔽，合理布板利用，散熱器接地選擇也很重要。

第四：判斷輻射源頭位置，一般有幾個(gè)簡(jiǎn)單的方法，不一定完全準(zhǔn)確，可以參考，輸入線套磁環(huán)若對(duì) EMC 有好處，一般是原邊 MOS 管，輸出線套磁環(huán)若對(duì) EMC 有效果，一般是副邊輸出整流管，尤其是大于 100M 的高頻。可以考慮在輸出加電容或者共模電感。

當(dāng)然還有很多其他的細(xì)節(jié)技巧，尤其是布板環(huán)路方面的，后面對(duì) LAYOUT 會(huì)單獨(dú)講解。

問題六

我們選擇拓?fù)鋾r(shí)需要考慮哪些方面的因素？各種拓?fù)涫褂铆h(huán)境及優(yōu)缺點(diǎn)？

設(shè)計(jì)電源的第一步不知道大家會(huì)想到什么呢？我是這么想，細(xì)致研究客戶的技術(shù)指標(biāo)要求，轉(zhuǎn)換為電源的規(guī)格書，與客戶溝通指標(biāo)，不同的指標(biāo)意味著設(shè)計(jì)難度和成本，也是對(duì)我提出的問題有很大的影響，選擇拓?fù)鋾r(shí)根據(jù)我們的電源指標(biāo)結(jié)合成本來(lái)考慮的，哪常用的幾種拓?fù)涮攸c(diǎn)在哪呢 ？

這里主要談隔離式，非隔離式應(yīng)用有限，當(dāng)然也是成本最低的。

反激特點(diǎn)：適用在小于 150W，理論這么說，實(shí)際大于 75W 就很少用，不談很特殊的情況。反激的有點(diǎn)成本低，調(diào)試容易（相對(duì)于半橋，全橋），主要是磁芯單向勵(lì)磁，功率由局限性，效率也不高，主要是硬開關(guān)，漏感大等等原因。全電壓范圍（85V-264V）效率一般在 80%以下，單電壓達(dá)到 80%很容易。

正激特點(diǎn)：功率適中，可做中小功率，功率一般在 200W 以下，當(dāng)然可以做很大功率，只是不常常這么做，原因是正激和反激一樣單向勵(lì)磁，做大功率磁芯體積要求大，當(dāng)然采用 2 個(gè)變壓器串并聯(lián)的也有，注意只談一般情形，不誤導(dǎo)新人。正激有點(diǎn)，成本適中，當(dāng)然比反激高，優(yōu)點(diǎn)效率比反激高，尤其采用有源箝位做原邊吸收，將漏感能量重新利用。

半橋：目前比較火的是 LLC 諧振半橋，中小功率，大功率通吃型。（一般大于 100W 小于 3KW）。特點(diǎn)成本比反激正激高，因?yàn)槎嘤昧?1 個(gè) MOS 管（雙向勵(lì)磁）和 1 個(gè)整流管，控制 IC 也貴，環(huán)路設(shè)計(jì)業(yè)復(fù)雜（一般采用運(yùn)放，尤其還要做電流環(huán)）。優(yōu)點(diǎn)：采用軟開關(guān)，EMC 好，效率極高，比正激高，我做過 960W LLC，效率可達(dá) 96%以上（全電壓）（當(dāng)然 PFC 是采用無(wú)橋方式）。其它半橋我不推薦，至少我不會(huì)去用，比較老的不對(duì)稱橋，很難做到軟開關(guān)，LLC 成熟以前用的多，現(xiàn)在很少用，至少艾默生等大公司都傾向于 LLC，跟著主流走一般都不會(huì)錯(cuò)。

全橋：一般用在大于 2KW 以上，首推移相全橋，特點(diǎn)，雙向勵(lì)磁，MOS 管應(yīng)力小，比 LLC 應(yīng)力小一半，大功率尤其輸入電壓較高時(shí)，一般用移相全橋，輸入電壓低用 LLC。成本特別高，比 LLC 還多用 2 個(gè) MOS。這還不是首要的，主要是驅(qū)動(dòng)復(fù)雜，一般的 IC 驅(qū)動(dòng)能力都達(dá)不到，要將驅(qū)動(dòng)放大，采用隔離變壓器驅(qū)動(dòng)，這里才是成本高的另一方面。

推挽：應(yīng)用在大功率，尤其是輸入電壓低的大功率場(chǎng)合，特點(diǎn)電壓應(yīng)力高，當(dāng)然電流應(yīng)力小，大功率用全橋還是推挽一般看輸入電壓。變壓器多一個(gè)繞組，管子應(yīng)力要求高，當(dāng)然常提到的磁偏磁也需要克服。這個(gè)我真沒用過，沒涉及電力電源，很難用到它的時(shí)候。

問題七

考慮電源成本時(shí)，我們要從哪里下手呢？

設(shè)計(jì)電源，成本評(píng)估必不可少，目前客戶將電源的成本壓得很低，各大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手無(wú)不都在打價(jià)格戰(zhàn)，大家都能做出電源來(lái)，就看誰(shuí)做得更便宜，才能贏得訂單，從哪些方面入手有利于我們陳本呢：

第一：技術(shù)指標(biāo)。電源技術(shù)指標(biāo)越高，成本越高，如果你的電源成本高了，那你可以打你的性能指標(biāo)賣點(diǎn)，多了性能要求，電路增多了成本自然高。也是和客戶談話的資本。

第二：物料采購(gòu)成本，為什么大公司電源利潤(rùn)高？無(wú)非是他們有著優(yōu)越的采購(gòu)平臺(tái)，采購(gòu)量大，物料成本低，當(dāng)然成本更低。如果不考慮采購(gòu)，作為工程師必須弄清楚不同物料對(duì)應(yīng)的成本，比如能用貼片，少用插件，（比如插件電阻比貼片成本高），能用國(guó)產(chǎn)，不用臺(tái)資，能用臺(tái)資不用日系，這里的價(jià)格差異不菲。（比如日系電容比國(guó)產(chǎn)電容價(jià)格高幾倍不止！??！當(dāng)然質(zhì)量也有差異；）

第三：影響成本的重要器件：變壓器，電感，MOS 管，電容，光耦，二極管及其他半導(dǎo)體器件，IC 等。 不同的變壓器廠家繞出來(lái)的變壓器價(jià)格差異很大，MOS 管應(yīng)力，熱阻選擇夠用就行，IC 方案的成本等等

其它方面導(dǎo)致成本問題：器件散熱器，大小合適，多了就是浪費(fèi)錢。PCB 布板，能用單面板用成雙面板就是浪費(fèi)錢，PCB 布板工藝，選擇合理的工藝加工成本低，生產(chǎn)效率高。

問題八

電源的環(huán)路設(shè)計(jì)，電源哪些部分影響電源的環(huán)路？好的環(huán)路有哪些指標(biāo)決定？

電源的環(huán)路設(shè)計(jì)一直是一個(gè)難點(diǎn)，為什么這么說，因?yàn)橹饕绊懙囊蛩靥?，理論?jì)算很難做到準(zhǔn)確，仿真也是基于理想化模型，在這里只談關(guān)于環(huán)路設(shè)計(jì)的一些影響因素，從定性的角度去理解環(huán)路以及怎么去做環(huán)路補(bǔ)償。

環(huán)路是基于輸入輸出波動(dòng)時(shí)，需要通過反饋，環(huán)路相應(yīng)告知控制 IC 去調(diào)節(jié)，維持輸出的穩(wěn)定。電源環(huán)路一般都是串聯(lián)負(fù)反饋，有的是電壓串聯(lián)負(fù)反饋（CC 模式下），有的是電流串聯(lián)負(fù)反饋（CV 模式下）。

那有哪些地方會(huì)影響環(huán)路呢？電路中的零點(diǎn)以及極點(diǎn)。零點(diǎn)一般會(huì)導(dǎo)致增益上升，引起 90 度相移（右半平面零點(diǎn)會(huì)引起 -90 度相移）。極點(diǎn)一般會(huì)導(dǎo)致增益下降，引起 -90 度相移，左半平面極點(diǎn)會(huì)引起系統(tǒng)震蕩。所以我們需要借助零點(diǎn)極點(diǎn)補(bǔ)償手段去合理調(diào)控我們的環(huán)路。對(duì)于低頻部分，為了滿足足夠增益一般引入零點(diǎn)補(bǔ)償，對(duì)于高頻干擾一般引入極點(diǎn)補(bǔ)償去抵消，減少高頻干擾。

環(huán)路穩(wěn)定的原則是：1. 在穿越頻率處（即增益為零 dB 時(shí)的頻率），系統(tǒng)的相位余量大于 45 度。

2. 在相位達(dá)到 -180 度時(shí)增益的余量大于 -12dB.3. 避免過快的進(jìn)入穿越頻率，在進(jìn)入穿越頻率附近的曲線斜率為 -1.

針對(duì)一般反激電路：1. 產(chǎn)生零點(diǎn)的有輸出濾波電容 ：可以使環(huán)路增益上升。（一般在中頻 4K 左右，對(duì)增益有好處，無(wú)需補(bǔ)償）

2. 若工作在 CCM 模式下還會(huì)產(chǎn)生右半平面零點(diǎn)。在高頻段，可采用極點(diǎn)補(bǔ)償。這個(gè)一般很難補(bǔ)償，盡量避免，讓穿越頻率小于右半平面零點(diǎn)頻率（15K 左右，隨負(fù)載變化會(huì)變化），選取 3. 負(fù)載會(huì)產(chǎn)生低頻極點(diǎn)。采用低頻零點(diǎn)去補(bǔ)償。4.LC 濾波器會(huì)產(chǎn)生低頻極點(diǎn)，需要采用零點(diǎn)補(bǔ)償。在心中要清楚哪些零極點(diǎn)是利是弊，針對(duì)性補(bǔ)償。

補(bǔ)償?shù)碾娐?，針?duì)電源環(huán)路來(lái)說比較簡(jiǎn)單，一般采用對(duì)運(yùn)放采用 2 型補(bǔ)償，也有的會(huì)采用 3 型補(bǔ)償很少用。

問題九

對(duì)各種拓?fù)涞能涢_關(guān)形式有哪些？軟開關(guān)是如何實(shí)現(xiàn)的？

軟開關(guān)目前使用很頻繁，一來(lái)可以提升次效率，二來(lái)可以利于 EMC。很多拓?fù)涠奸_始利用軟開關(guān)了，就連反激如果為了做高效率也引入了準(zhǔn)諧振來(lái)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，這個(gè)在前面問題已講過。LLC 的軟開關(guān)在前面問題也提過實(shí)現(xiàn)條件，具體實(shí)現(xiàn)過程沒有細(xì)講。這里就分享下我對(duì)軟開關(guān)的理解。

實(shí)現(xiàn)條件及過程：利用軟開關(guān)需要二個(gè)元素，一個(gè)是 C 一個(gè)是 L 來(lái)實(shí)現(xiàn)諧振（當(dāng)然也可以多諧振形式），諧振會(huì)產(chǎn)生正弦波，正弦波就能實(shí)現(xiàn)過零。如果是串聯(lián)諧振屬于電壓諧振，并聯(lián)諧振屬于電流諧振。

其次軟開關(guān)和硬開關(guān)的差異是：硬開關(guān)過程中電壓電流有重疊，軟開關(guān)要么電流為零（ZCS）要么電壓為零（ZVS）。MOS 管的軟開關(guān)可以利用結(jié)電容或者并電容，然后串電感實(shí)現(xiàn)串聯(lián) ZVS，例如準(zhǔn)諧振反激，有源箝位吸收電路，移向全橋的軟開關(guān)。也有 LC 并聯(lián) ZCS，不過用的很少，因?yàn)?MOS 管 ZVS 的損耗小于 ZCS。LLC 屬于串并聯(lián)式，不過我們利用的是 ZVS 區(qū)。（在死區(qū)的時(shí)候諧振電流過零，上管軟開通前，先給下管結(jié)電容充電，上管實(shí)現(xiàn)軟開通）

問題十

什么樣的變壓器才算是最完美適用的？變壓器決定了什么，影響了什么？

設(shè)計(jì)變壓器是各種拓?fù)涞暮诵狞c(diǎn)之一，變壓器設(shè)計(jì)的好壞，影響電源的方方面面，有的無(wú)法工作，有的效率不高，有的 EMC 難做，有的溫升高，有的極限情況會(huì)飽和，有的安規(guī)過不了，需要綜合各方面的因素來(lái)設(shè)計(jì)變壓器。

設(shè)計(jì)變壓器從哪里入手呢？一般來(lái)說根據(jù)功率來(lái)選擇磁芯大小，有經(jīng)驗(yàn)的可參考自己設(shè)計(jì)過的，沒經(jīng)驗(yàn)的只能按照 AP 算法去算，當(dāng)然還要留有一定的余量，最后實(shí)驗(yàn)去檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的好壞。

一般小功率反激推薦的用的比較多 EE 型，EF 型，EI 型，ER 型，中大功率 PQ 的用的比較多，這里面也有每個(gè)人的習(xí)慣以及不同公司的平臺(tái)差異，功率很大的，沒有適合的磁芯，可以二個(gè)變壓器原邊串副邊并的方式來(lái)做。

不同拓?fù)鋵?duì)變壓器的要求也不一樣，比如反激，需要考慮的是需要工作在什么模式下，感量如何調(diào)節(jié)適中。尤其是多路輸出一定要注意負(fù)載調(diào)整率滿足需求，耦合的效果要好，比如采用并繞，均勻繞制，以及副邊匝數(shù)盡可能增多。MOS 管耐壓決定匝比，怎么選取合適的占空比，選取多大的 Bmax（一般小于 0.35，當(dāng)然 0.3 更好，即時(shí)短路也不會(huì)飽和太嚴(yán)重）有的還需要增加屏蔽來(lái)整改 EMC，原副邊屏蔽一般加 2 層，外屏蔽 1 層就好。

大功率變壓器一般更多的是關(guān)注損耗，需要銅損和磁損達(dá)到平衡，還要考慮到風(fēng)冷自然冷，電流密度多大合適，功率稍大（大于 150W）的一般電流密度相對(duì)取小些（3.5-4.5），功率小的（5.0-7.0）。

還要清楚電源過的什么安規(guī)，擋墻是不是足夠，層間膠帶是否設(shè)置合理也是不可以忽視的，一旦要做認(rèn)證去改變壓器也是影響進(jìn)度的。

問題十一

我們真的需要到迷戀設(shè)計(jì)工具，依賴仿真的地步嗎？

電源的設(shè)計(jì)工具主要用在以下幾個(gè)方面：1. 選擇磁芯及設(shè)計(jì)變壓器 2. 環(huán)路仿真設(shè)計(jì) 3. 主功率拓?fù)浞抡?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） 等等。

對(duì)于新人來(lái)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)楣ぞ呤侨俗龅模煌说脑O(shè)計(jì)習(xí)慣差異，不能用一個(gè)固定的設(shè)計(jì)模式來(lái)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(lái)使用，更快速方便更高效來(lái)滿足我們?cè)O(shè)計(jì)就好，想純依賴工具來(lái)設(shè)計(jì)電源，無(wú)疑是走入極大誤區(qū)。

問題十二

評(píng)判一塊電源板 LAYOUT 好壞有哪些地方能一陣見血發(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(wú)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(wú)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(wú)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，不要從大電解取（尤其是采樣電阻和大電解地距離遠(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。

問題十三

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(lái)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(lái)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。

問題十四

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(lái)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(lái)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！

問題十五

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。

問題十六

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(lái)降低熱阻來(lái)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(lái)計(jì)算熱阻，根據(jù)熱阻來(lái)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。。。

問題十七

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(lái)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：

問題十八

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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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)湟徊糠郑闹攸c(diǎn)和難點(diǎn)在哪里。

問題十九

大功率若追求效率，無(wú)橋 PFC 是怎么實(shí)現(xiàn)的？原理是什么？

很 多人都聽說過無(wú)橋 PFC，不過真正使用起來(lái)并不很常見，原因是無(wú)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(wú)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(lái)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(lái)做，可以減 小損耗。之前接觸過一個(gè) 960W 用無(wú)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(wú)橋 PFC 就不能在直 流下發(fā)揮很好的作用就否決了。

問題二十

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(lái)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(wàn) 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(lái)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(lái)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。

問題二十一

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(lái)做過流，當(dāng)然也可以鎖機(jī)來(lái)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(lái)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(lái)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(lái)。

問題二十二

一般的 LDO 和高 PSRR 的 LDO 有甚么分別？

這個(gè)問題問得非常典型，其實(shí)一般的 LDO 是起到穩(wěn)定電壓的作用，它對(duì)溫波造成的控制抑制基本集中在 10K 以下，在典型的 LDO 數(shù)據(jù)手冊(cè)里面，在 10K 或是 100K 以下的 PSR 通常是在 40DB 以下，因?yàn)榇藭r(shí)的 LDO 誤差放大器基本上已經(jīng)失去了放大能力。對(duì)于實(shí)際的需求來(lái)說，很多 DCDC 電源它的溫波頻率是在幾百 K 甚至上兆，如果是一個(gè)普通的 LDO，對(duì)于這樣的噪聲抑制沒有任何能力，它只對(duì)聲頻范圍有抑制能力，對(duì)于需要射頻應(yīng)用的場(chǎng)合，LDO 通常是無(wú)能為力的，而高 PSR 的 LDO 則能提供這方面的抑制，所以這也是一個(gè)根本上的完全不同的區(qū)別。

問題二十三

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(lái)，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(wàn)，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(wàn)，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(lái)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(lái)，而是能不能最優(yōu)的做出來(lái)，其實(shí)站在研發(fā)角度也就是如何選擇最優(yōu)拓?fù)洌鍪》桨浮?/p>

審核編輯 黃昊宇