电源设计和选择的一个例子-手把手教你每一个元件
电源设计的全过程
本次讲座以一个13.2W的电源为例。
输入：AC90~264V
输出：3.3V/4A
示意图
变压器是整个电源的重要核心，所以变压器的计算和校验非常重要。
确定变压器的材料和尺寸：
根据变压器的计算公式
获取本文原文——电源设计实例——手把手教你每一个元器件。pdf方法如下。
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确定初级滤波器电容：
滤波电容的确定可以确定电容上的Vin(min)。滤波电容越大，Vin(win)越高，可以做出瓦数更大的电源，但相对价格也更高。
确定变压器的线径和数量：
变压器确定后，就可以确定变压器的线轴了。根据线轴槽的宽度，可以确定变压器的线径和线数，并计算线径的电流密度。电流密度一般以6A/mm2为单位，只能作为变压器设计的参考值，最终以温升记录为准。
确定占空比：
占空比可由下式确定。占空比的设计一般以50%为基准。如果占空比超过50%，就容易导致振荡。
确定Ip值：
确定辅助电源的匝数：
根据变压器的匝数比，可以确定辅助电源的匝数和电压。
确定MOSFET和次级二极管的应力：
根据变压器的圈数比，可以初步计算出变压器的应力是否满足所选零件的规格，以输入电压264V(电容上380V)为基准。
其他：
如果输出电压低于5V，并且必须使用TL431代替TL432，则应考虑增加一个绕组来提供光电耦合器和TL431。
替换获得的数据
在公式中，B(max)可以这样得到。如果B(max)值过高或过低，必须重新调整参数。
变压器计算：
输出瓦数为13.2瓦(3.3伏/4A)，磁芯=EI-28，绕组面积(槽宽)=10毫米，边缘带=2.8毫米(每侧)，剩余绕组面积=4.4毫米.
计算公式：
变压器材料和尺寸：
根据以上假设，材质为PC-40，尺寸=EI-28，AE=0.86 cm2，绕线面积(槽宽)=10mm。因为边缘胶带为2.8毫米，所以剩余的缠绕面积为4.4毫米。
假设滤波电容为47uF/400V，Vin(min)暂定为90V。
确定变压器的线径和数量；
低决策占空比：
确定Ip值：
确定辅助电源的匝数：
确定MOSFET和次级二极管的应力：
其他：
由于输出为3.3V，TL431的Vref值为2.5V，如果光电耦合器两端的压降约为1.2V，输出电压将无法驱动光电耦合器和TL431，因此必须增加一个额外的线圈来提供反馈路径所需的电压。
变压器接线图：
零件选择：
FS1:
根据变压器计算出的Iin值(0.42A)可以知道，使用的是公司的共享材料2A/250V，在设计时也要考虑Pin(max)处的Iin是否会超过熔断器的额定值。
TR1(热敏电阻):
在电源激活的瞬间，由于C1(初级滤波电容)短路，Iin电流非常大。虽然时间短，但也可能对权力造成伤害。因此，必须在滤波电容前安装一个热敏电阻，以在启动时将Iin限制在规格范围内(115V/30A，230V/60A)。但由于热敏电阻也会耗电，所以不允许放太多电阻(否则效率会受影响)。一般使用sck 053(3A/5)。如果使用大阻值的C1电容，就要考虑增加热敏电阻的阻值(一般用于大瓦数功率)。
VDR1(电涌吸收器):
雷电发生时，可能会损坏部件，从而影响电源的正常运行。所以需要依靠交流输入(保险丝后)加一个浪涌吸收器来保护电源(常用07D471K)，但如果有价格的考虑，可以先忽略。
CY1、CY2(Y形帽):
Y-Cap一般可分为Y1和Y2电容。如果交流输入有FG(3引脚)，通常使用Y2- Cap，如果交流输入有2引脚(只有L，N)，通常使用Y1-Cap。Y1和Y2的区别不仅仅是价格(Y1更贵)，还有绝缘等级和耐压(Y1叫双重绝缘，绝缘耐压是Y2的两倍左右，在电容器的本体上会有一个“回”的符号或Y1)。由于FG，本电路中使用Y2-Cap。一般来说，Y帽越大越好。但考虑到漏电和价格，漏电流必须满足安全要求(3Pin公司标准是最大750uA)。
CX1(X-Cap)、RX1:
X-Cap是防止EMI的部件，EMI可以分为传导和辐射两部分。一般传导的规格分为两种：FCC Part 15J级和CISPR 22(EN 55022)B级，FCC测试频率为450K~30MHz。CISPR 22的测试频率为150K~30MHz，传导可以在工厂用频谱分析仪验证，辐射必须在实验室验证。一般来说，X-Cap在低频段(150 K到几米之间)防EMI是有效的。一般来说，X-Cap越大，防EMI效果越好(但价格越高)。如果X-Cap大于0.22uf(包括0.22uf)
LF1(普通扼流圈):
防EMI器件主要影响传导的中低频段，所以设计时必须同时考虑EMI特性和温升。对于相同尺寸的普通扼流圈，线圈越多(相对线径越小)，防EMI效果越好，但温升可能更高。
BD1(整流二极管):
交流电源通过全波整流转换成DC，变压器计算的Iin值显示，只要使用1A/600V的整流二极管，因为是全波整流，所以耐压只有600V。
C1(滤波电容器):
变压器计算中Vin(min)的值可以通过C1的大小(电容值)来确定。电容越大，Vin(min)越高，但价格也越高。该器件实际上可以验证电路中的Vin(min)是否正确。如果交流输入范围为90V~132V (Vc1电压最高约为190V)，可以使用耐压200V的电容。如果交流输入范围为90V~264V(或180V~264V)，由于Vc1的电压最高约为380V，所以必须使用耐压为400V的电容。
D2(辅助功率二极管):
整流二极管，常用FR105(1A/600V)或BYT42M(1A/1000V)，它们之间的主要区别有：
1.耐压是不一样的(这里用不差无所谓)
2.VF不一样(FR105=1.2V，BYT42M=1.4V)。
R10(辅助电源电阻):
主要用于调节PWM集成电路的VCC电压。对于目前使用的3843，VCC必须大于8.4V(最小值。负载)在设计中。但为了考虑输出短路，VCC电压不能设计太高，以免输出短路时不保护(或输入瓦数过大)。
C7(滤波电容器):
辅助电源的滤波电容为PWM IC提供稳定的DC电压，一般采用100uf/25V电容。
Z1(齐纳二极管):
反馈失效时，保护电路输出电压高，辅助电源电压相对较高。此时，如果没有保护电路，零件可能会损坏。如果在3843 VCC和3843 Pin3引脚之间增加一个齐纳二极管，当反馈失败时，齐纳二极管会崩溃，使Pin3引脚提前达到1V，这可以限制输出电压。达到保护零件的目的。Z1的值取决于辅助电源的水平。Z1的决定还要考虑是否超过Q1的VGS耐压值。原则上应使用公司现有的材料(一般1/2W就够了)。
R2(抗激活性):
它为3843的第一次激活提供了路径。在首次激活期间，C7通过R2充电，以提供3843 VCC所需的电压。R2电阻大时，导通时间较长，但R2电阻小时，导通时间较短，R2电阻小时，导通时间较大，所以一般采用220 k/2w m.o。
R4(线路补偿):
高低压补偿，使3843的pin 3在90V/47Hz和264V/63Hz(一般在750K-1.5m1/4w之间)接近相同。
R3、C6、D1(缓冲器):
这三个部分组成了缓冲器。调节缓冲器的目的如下：1 .当Q1关闭时会出现尖峰，可以调整缓冲器
目前常用的有3A/600V和6A/600V。6A/600V的RDS(ON)小于3A/600V，所以温升会低一些。如果IDS电流不超过3A，首先应该考虑为3A/600V，并通过温升记录进行验证，因为6A/600V的价格远高于3A/600V，而Q1的
R8:
R8是用来保护Q1和防止Q1浮动。
R7(Rs电阻):
3843的3脚最大电压为1V，R7的大小必须与R4匹配，以达到平衡高低电压的目的。通常使用2 W M.O .电阻。设计时，首先确定R7，然后补偿R4。3843的3脚电压一般设计在0.85V-0.95V之间(根据瓦数而定，瓦数小的话不要太接近1V，以免因为器件误差被推到1V)。
R5，C3(RC滤波器):
滤除3843 Pin3的噪声，R5一般用1k1/8W，C3一般用102P/50V陶瓷电容，C3在电容值小的情况下可能无法在重负载下开启(因为3843 Pin3瞬间被推到1V)；如果电容值较大，可能会出现轻载不开机和短路Pin过大的问题。
R9(Q1栅极电阻):
R9电阻的大小会影响EMI和温升特性。一般来说，电阻大，Q1开通/关断速度慢，EMI特性好，但Q1温升高，效率低(主要是关断速度慢)。如果电阻值小，Q1导通/关断更快，Q1温升更低，效率更高，但EMI较差，所以一般采用51-1501/8W。
C4 R6(控制振荡频率):
要确定3843的工作频率，可从数据手册中获得由R和C组成的工作频率。C4一般是10nf的电容(误差5%)，R6用的是精密电阻。以DA-14B33为例，C4采用103P/50V PE电容，R6采用3.74 K 1/8 W精密电阻，振荡频率约为45 KHz。
C5:
作用类似于RC滤波器，主要作用是使其在高压轻载下不易振荡。一般使用101P/50V陶瓷电容。
U1(脉宽调制集成电路):
3843是一种脉宽调制集成电路。占空比的大小由光耦(U2)的反馈信号控制，Pin3具有限流功能(最高电压为1V)。目前使用的3843中，有KA3843(三星)和UC3843BN(S.T)两种，两者引脚位置相同，但产生的振荡频率略有不同。UC3843BN比KA3843快2KHz左右。fT的增加会导致一些问题(如EMI、短路等)。因为KA3843比较难买，所以在设计新机型的时候需要用到UC3843BN。
R1、 R11、 R12、 C2(主回路增益控制):
3843中有一个误差放大器。r1、 R11、 R12、 C2和误差放大器组成负反馈电路，调节环路增益的稳定性。环路增益调整不当可能导致振荡或输出电压不正确。通常，C2使用垂直多层电容器(具有良好的温度保持能力)。
U2(光电耦合器)
光耦主要是将副边的信号转换到原边(以电流的形式)。当副边的TL431导通时，U2会将副边的电流按比例转换到原边。此时，3843从引脚6 (output)输出off信号(Low ),关闭Q1。使用光电耦合器的原因是为了满足安全要求(主次距离)。
R13(次级侧环路增益控制):
控制流经光电耦合器的电流。R13电阻小时，流经光耦的电流大，U2转换电流大，环路增益快(需要确认是否会引起振荡)。R13电阻大时，流经光耦的电流小，U2转换电流小，环路增益慢。虽然不容易引起振荡，但是要注意输出电压是否正常。
U3(TL431)、R15、R16、R18
调整输出电压，
，输出电压不能超过38V(因为TL431 VKA最大VKA为36V，如果加上光耦的VF值，Vo在38V以下应该更安全)，TL431的Vref为2.5V，R15和R16的并联使输出电压可以微调，R15和R16的并联不能太大(尽量在2k以下)，以免输出不准确。
R14、C9(次级侧环路增益控制):
控制副边的环路增益，一般来说放大电容会减缓增益；电容减小，增益变快，电阻的特性正好和电容相反，所以电阻放大的增益变快；至于增益调整的最佳值，可以通过动态负载来测量，可以得到一个最佳值。
D4(整流二极管):
因为输出电压是3.3V，而输出电压调节器用的是TL431(Vref=2.5V)而不是TL432(Vref=1.25V)，所以需要额外增加一组绕组来提供光耦和TL431所需的功率，因为U2和U3所需的电流并不大(10mA左右)，二极管耐压也只有100V，所以只需要使用。
C8(滤波电容):
因为U2和U3需要的电流不大，所以只能用1u/50V。
D5(整流二极管):
应考虑使用输出整流二极管D5:
A.现值
B.二极管的耐压值
以此为例，输出电流4A应该可以使用10A的二极管(肖特基)，但是经过点温升验证发现D5温度过高，必须更换为15A的二极管，因为10A的VF大于15A。经过验证，40V的耐压部分满足要求，所以最终采用15A/40V肖特基。
C10、R17(次级缓冲器):
当它关闭时，尖峰信号将出现在D5。如果尖峰超过二极管(D5)的耐受电压，二极管将有被击穿的危险。调节缓冲器除了保护二极管外，还可以适当降低尖峰电压，改善电磁干扰。R17一般用1/2W的电阻，C10一般用耐压500V的陶瓷电容，调节缓冲电路(264V/63Hz)时要注意R17。
C11、C13(滤波电容器):
电容器(LXZ，YXA….)内电阻小的应用于二次侧的第一级滤波电容。电容器选择是否合适可以根据以下三点来判断：
A.输出纹波电压符合规格。
B.电容器温度是否超过额定值？
C.电容器两端的电压值是否超过额定值。
R19(假负载):
适当使用假负载可以使线路更加稳定，但假负载的电阻值不能太小，否则会影响效率。使用时也要注意是否超过电阻的额定值(一般设计时只用额定瓦数的一半)。
L3，C12(LC滤波电路):
LC滤波电路是第二级滤波器，L3一般放大(用大电感)而不影响线路的稳定性，这样C12可以用更小的电容。
开关电源的设计验证
设计验证：(可分为三部分)
A.设计阶段验证
B.样品制作的验证
C.QE验证
设计阶段验证
在设计实验阶段，要养成记录的习惯，可以验证实验结果是否符合电气规范。以下是本电源设计阶段的验证说明(验证项目视规格而定)。
电气规格的验证：
3843引脚3引脚电压(满载4A):
占空比，英尺：
Vin(最小值)=100伏(满载时为90伏/47赫兹)
应力(264V/63Hz满载) :
Q1 MOSFET:
D5:
D4:
辅助电源(启动、满载)，最大短路引脚。
静态(满载)
全范围负载(0.3A-4A)(验证是否有振荡)
反馈故障(输出轻负载)
过电流保护
引脚(最大值。)
动态测试
高温测试：
这个电源属于3针HI-POT测试的输入，1500Vac/1分钟。
接地测试：
输入为3针(带FG)时，一般测量接地电阻。安全规程规定FG到输出线(输出端)的接地电阻不能超过100m(25a/3秒)。
温升记录
设计实验最终确定(暂定)后，需要评估整体温升和EMI。如果温升或EMI不能满足规格，则需要重新实验。请参考附件中的温升记录。BYR118 (10a/40V肖特基)最初在D5使用，但由于温升较高，改为PBYR1540CTX(15A/40V)。
电磁干扰测试：
机构尺寸：
在设计阶段，要对机构的尺寸进行验证，需要验证的项目包括：PCB尺寸、零件的高度限制、零件的禁区、螺丝孔的位置和孔径、外壳的孔尺寸等。如果可以的话
样品做出后，除了温升记录和EMI测试(是否需要重新验证，视情况而定)外，每个样品都要进行验证(包括电气和机构尺寸)。此阶段的电气验证可通过ATE(色度)测试完成，该测试必须符合电气规范。
QE验证：
QE对工程部提供的样品进行验证，工程部提供以下提交材料和样品供QE验证。
