開關電源設計的案例
報名 | Ansys 開關電源設計解決方案
開關電源設計涉及電場和電磁學與機械應力、熱和流體的耦合，Ansys可提供一套完整的開關電源設計解決方案，經過多年的市場檢驗，已經在磁性器件設計、半導體器件建模、電磁兼容濾波器設計等方面獲得了客戶的認可。
2022 R1新版本中Maxwell支持多相電機的ECE降階模型生成，改進了感應電機等的效率map圖計算，同時還增強Litz線損耗預測功能，相信會給廣大開關電源客戶帶來更多價值。5月17日，『Ansys 開關電源設計解決方案』網絡研討會即將上線，歡迎開關電源企業設計人員或大型綜合企業的開關電源設計人員預約參會。
時間
5月17日（星期二），16:00-17:00
講師介紹
楊利輝 | Ansys低頻電磁高級應用工程師
多年來從事開關電源電路、磁性器件以及其電磁兼容的仿真及設計，目前在Ansys公司從事開關電源和電機系統方面的技術支持和市場拓展工作。
展開 Icepak在開關電源熱設計中的應用
在開關電源中電子元器件在工作時會耗散大量熱量，為保證元器件和電源的熱可靠性，熱分析和熱控制必不可少。Icepak是目前較流行的專業的、面向工程師的電子產品熱分析軟件之一，利用它，可大大減少計算量，縮短研制周期，降低成本。本文較詳細地介紹了利用Icepak進行開關電源熱設計仿真的過程,并對計算結果進行分析、比較，得到最優化設計。
Icepak在開關電源熱設計中的應用.pdf
直播 | Ansys磁性元件及開關電源設計解決方案
4月14日 | 【Ansys*恩碩科技】Ansys磁性元件及開關電源設計解決方案
簡介：開關電源(SMPS)是重要的電力電子設備，廣泛應用于各類消費電子、工業自動化、電力設備、航空航天、軌道交通等領域。開關電源的研發通常需要關注它的電路功能實現、損耗、發熱及EMC等問題。解決這些問題最先進的方法是利用CAE技術，使仿真與試驗、經驗相結合，形成互補，從而提升研發設計能力，有效指導新產品的研發設計，節省產品開發成本，縮短開發周期，從而大幅度提高企業的市場競爭力。
合作伙伴：武漢恩碩科技有限公司
地點：線上
費用：免費
>>點擊報名：https://v.ansys.com.cn/Live/8d5be559?source=jishulink
4月19日 | 【Ansys*恒士達】LS-DYNA混凝土本構72號模型簡介
簡介：LS-DYNA中有多種用于三維實體單元的混凝土本構模型，其中，72號材料本構模型運用得比較廣泛，本次研討會主要介紹72號材料本構模型的原理、使用方法以及優缺點和適用范圍。可以幫助LS-DYNA用戶能夠正確設定數值參數并在工程應用中合理使用72號材料。
合作伙伴：上海恒士達科技有限公司
時間：長期有效
地點：線上
費用：免費
4月21日 | 【Ansys*恩碩科技】Ansys 板級SI/PI設計解決方案
簡介：
高速PCB電路性能設計有哪些問題和難點？
展開 一名合格的開關電源工程師需要具備哪些知識？
根據設計方案，繪制電源的原理圖；
根據元器件選型，制作其封裝庫；
PCB板布線（需考慮接地、EMC等問題）；
將PCB圖交廠家生產。
5.數字控制器的使用
開關器件的開關信號可由模擬電路產生，也可由數字控制器產生，當使用數字控制器時，就需要熟悉其原理及使用方法，常用的有DSP、FPGA等。
熟悉數字控制器的原理；
熟悉數字控制器外圍電路的設計；
熟悉數字控制器的編程語言；
能根據相應的調制方式產生開關器件的開關信號。
6.EMC設計
EMC設計貫穿電源設計的始終，涉及到屏蔽、濾波、接地、PCB設計等層面，對開關電源的設計非常重要。
關于【怎樣進行學習】
1.基本理論的學習
千里之行始于足下，沒有扎實的理論基礎，就無法出色地設計一個開關電源。
長按識別二維碼【或點擊“閱讀原文”】查看書單
2.在實踐中學習
當你把一個電路調通，輸出符合設計的目標時，那種喜悅是別人無法體會的。
不怕出問題，就怕不出問題。在電路的設計、仿真和硬件的制作過程中，每出現的一個問題都是學習的對象，知識的運用與積累也是建立在這樣的一個個問題之中。
在實踐中學習最能提高一個電源設計師的水平。
END
展開 
一名合格的開關電源工程師需要具備哪些知識？
根據設計方案，繪制電源的原理圖；
根據元器件選型，制作其封裝庫；
PCB板布線（需考慮接地、EMC等問題）；
將PCB圖交廠家生產。
5.數字控制器的使用
開關器件的開關信號可由模擬電路產生，也可由數字控制器產生，當使用數字控制器時，就需要熟悉其原理及使用方法，常用的有DSP、FPGA等。
熟悉數字控制器的原理；
熟悉數字控制器外圍電路的設計；
熟悉數字控制器的編程語言；
能根據相應的調制方式產生開關器件的開關信號。
6.EMC設計
EMC設計貫穿電源設計的始終，涉及到屏蔽、濾波、接地、PCB設計等層面，對開關電源的設計非常重要。
關于【怎樣進行學習】
1.基本理論的學習
千里之行始于足下，沒有扎實的理論基礎，就無法出色地設計一個開關電源。
長按識別二維碼【或點擊“閱讀原文”】查看書單
2.在實踐中學習
當你把一個電路調通，輸出符合設計的目標時，那種喜悅是別人無法體會的。
不怕出問題，就怕不出問題。在電路的設計、仿真和硬件的制作過程中，每出現的一個問題都是學習的對象，知識的運用與積累也是建立在這樣的一個個問題之中。
在實踐中學習最能提高一個電源設計師的水平。
END
展開 干貨 | 開關電源9個電路設計實例分析
應用實例（4）
一種波形比較理想的變壓器隔離驅動電路
波形比較理想的變壓器隔離驅動應用實例
應用實例（5）
偏小變壓器反激開關電源設計之參考建議本案例是EC-2828變壓器全電壓輸入，輸出功率60W。
EC-2828變壓器全電壓輸入，輸出功率60W。
● 對于偏小磁芯變壓器的設計：主要有磁芯Ae面積偏小的問題，將會帶來初級圈數偏多的現象。可以適當提高工作頻率，本案例工作頻率在70KHz-75KHz。由于圈數偏多初次級的耦合將會更有利。所以VCC繞組電壓在短路瞬間會上沖到比較高的狀態，本案例原理圖上有可控硅做過壓保護功能。而后因為次級繞組的短路耦合到VCC繞組使其電壓降低到IC不能啟動這個過程是可以實現的。
● 要做到以上特性：VCC繞組線徑必須要小，我個人一般取0.17mm以下，小于0.12會很容易斷。這樣小的線徑談不上節約銅材，但是可以利用銅線的阻抗來代替很多設計人員習慣在VCC整流二極管上串聯小阻值電阻的功能，而且這個利用線圈本身的阻抗對交流的抑制能力在本案例當中更有效，可以防止瞬間沖擊而損壞后級電路的功效。
● 初級與次級主繞組必須是最近相鄰的繞組，這樣耦合會更有利。
展開 干貨｜實用開關電源電路設計項目分享
對于偏小磁芯變壓器的設計：主要有磁芯Ae面積偏小的問題，將會帶來初級圈數偏多的現象。可以適當提高工作頻率，本案例工作頻率在70KHz-75KHz。由于圈數偏多初次級的耦合將會更有利。所以VCC繞組電壓在短路瞬間會上沖到比較高的狀態，本案例原理圖上有可控硅做過壓保護功能。而后因為次級繞組的短路耦合到VCC繞組使其電壓降低到IC不能啟動這個過程是可以實現的。
要做到以上特性：VCC繞組線徑必須要小，我個人一般取0.17mm以下，小于0.12會很容易斷。這樣小的線徑談不上節約銅材，但是可以利用銅線的阻抗來代替很多設計人員習慣在VCC整流二極管上串聯小阻值電阻的功能，而且這個利用線圈本身的阻抗對交流的抑制能力在本案例當中更有效，可以防止瞬間沖擊而損壞后級電路的功效。
初級與次級主繞組必須是最近相鄰的繞組，這樣耦合會更有利。
開關電源在MOSFET-D端點工作時候產生的干擾是最大的（也是RCD吸收端與變壓器相連的端點），在變壓器繞制時建議將他繞在變壓器的第一個繞組，并作為起點端，讓他藏在變壓器最里層，這樣后面繞組銅線的屏蔽是有較好抑制干擾效果的。
VCC繞組在計算其圈數時盡量的在IC最低工作電壓乘以1.1倍作為誤差值，不用考慮銅線的壓降，因為啟動前電流是非常小的，所以這個電阻并沒有多少影響，幾乎可以忽略不計。而在電路未啟動之前，由于高壓端啟動電阻的充電，可以將VCC上電容上的電壓充到IC啟動的電壓，一旦電路有問題一下啟動不了VCC由于繞組電壓的預設值偏低。
展開 干貨 | 教你做好LED開關電源保護設計
LED開關電源過熱保護電路
直流LED開關電源中開關穩壓器的高集成化和輕量小體積，使其單位體積內的功率密度大大提高，因此如果電源裝置內部的元器件對其工作環境溫度的要求沒有相應提高，必然會使電路性能變壞，元器件過早失效。因此在大功率直流LED開關電源中應該設過熱保護電路。
本文采用溫度繼電器來檢測電源裝置內部的溫度，當電源裝置內部產生過熱時，溫度繼電器就動作，使整機告警電路處于告警狀態，實現對電源的過熱保護。
如圖 4(a)所示，在保護電路中將P型控制柵熱晶閘管放置在功率開關三極管附近，根據TT102的特性(由Rr值確定該器件的導通溫度，Rr越大，導通溫度越 低)，當功率管的管殼溫度或者裝置內部的溫度超過允許值時，熱晶閘管就導通，使發光二極管發亮告警。
倘若配合光電耦合器，就可使整機告警電路動作，保護 LED開關電源。該電路還可以設計成如圖4(b)所示，用作功率晶體管的過熱保護，晶體開關管的基極電流被N型控制柵熱晶閘管TT201旁路，開關管截 止，切斷集電極電流，防止過熱。
展開 干貨 | 如何做好LED開關電源保護設計，看這篇就夠了
LED開關電源過電流保護電路、LED開關電源過電壓保護電路、LED開關電源軟啟動保護電路、LED開關電源過熱保護電路……行內人士貢獻幾大實用電路圖，同你做好LED開關電源的保護設計。
LED開關電源過電流保護電路
在直流LED開關電源電路中，為了保護調整管在電路短路、電流增大時不被燒毀。其基本方法是，當輸出電流超過某一值時，調整管處于反向偏置狀態，從 而截止，自動切斷電路電流。如圖1所示，過電流保護電路由三極管BG2 和分壓電阻R4、R5組成。
電路正常工作時，通過R4與R5的壓作用，使得BG2 的基極電位比發射極電位高，發射結承受反向電壓。于是BG2 處于截止狀態(相當于開路)，對穩壓電路沒有影響。當電路短路時，輸出電壓為零，BG2 的發射極相當于接地，則BG2 處于飽和導通狀態(相當于短路)，從而使調整管BG1基極和發射極近于短路，而處于截止狀態，切斷電路電流，從而達到保護目的。
展開 干貨｜常見開關電源嘯叫的原因分析
開關電源控制著電路中開關管開通和關斷的時間比率，維持著穩定的電路電壓輸出，是一種非常常見的電源設計。
但是從事過開關電源設計的人都知道，在對開關電源進行測試的過程當中，經常會聽到一些嘯叫聲，類似于打高壓不良時發出的漏電音，或者像高壓拉弧的聲音。
那么當這些現象出現時，應當如何解決他們呢？
通常來說，開關電源嘯叫的原因一般有下面幾種誘因：
變壓器浸漆不良
包括未含浸凡立水。嘯叫并引起波形有尖刺，但一般帶載能力正常，特別說明：輸出功率越大者嘯叫越強，小功率者則表現不一定明顯。
一款72W的充電器產品中就有過帶載不良的經驗，并在此產品中發現對磁芯的材質有著嚴格的要求。
補充一點，當變壓器的設計欠佳時，也有可能工作時振動產生異響。
展開 【電源設計必備】開關電源常用安規要求一覽表！
：初級側線材若組裝接觸到次級元件，則需用雙重絕緣線或加絕緣套管；
◆ 線材要求：INLET上輸入線焊點一般要求用鉤焊來焊接才是可靠的；PCB上焊點需要點膠固定或者有倒鉤；
◆ 線材要求：若線材的一端松脫后會造成初級次級元件接觸，則應將線材用扎帶固定；
◆ 間距要求：初級元件與變壓器磁芯/PE地（保持基本絕緣），初級元件與次級元件（保持加強絕緣），次級元件與變壓器磁芯（保持基本絕緣）；
◆ 小功率的開關電源變壓器：一般次級采用三重絕緣線后磁芯當成一次側元件，磁芯與次級元件和變壓器次級pin間都應保持加強絕緣；
◆ 線性變壓器：通常次級與變壓器磁芯未保持基本絕緣，此時磁芯一般作為次級元件，初級與磁芯因保持加強絕緣；
◆ 變壓器骨架（bobbin):一般要求厚度超過0.4mm(IEC60950&60065),1.0mm(IEC61558&60335-2-29)
結構設計安規標準要求
◆ 塑膠外殼的熱應力消除測試：正常狀態下外殼最高溫度+10℃.但不得低于70℃ ---IEC60950/60065
◆ 塑膠外殼的球壓測試：正常狀態下外殼最高溫度+40℃.但不得低于70℃ ---IEC61558
◆ 支撐初級帶電部件的絕緣材料球壓測試：至少125℃ ---IEC61558/60950
◆ 防火外殼要求：V-1級或通過V-1級燃燒測試
展開 
【電源設計必備】開關電源常用安規要求一覽表！
：初級側線材若組裝接觸到次級元件，則需用雙重絕緣線或加絕緣套管；
◆ 線材要求：INLET上輸入線焊點一般要求用鉤焊來焊接才是可靠的；PCB上焊點需要點膠固定或者有倒鉤；
◆ 線材要求：若線材的一端松脫后會造成初級次級元件接觸，則應將線材用扎帶固定；
◆ 間距要求：初級元件與變壓器磁芯/PE地（保持基本絕緣），初級元件與次級元件（保持加強絕緣），次級元件與變壓器磁芯（保持基本絕緣）；
◆ 小功率的開關電源變壓器：一般次級采用三重絕緣線后磁芯當成一次側元件，磁芯與次級元件和變壓器次級pin間都應保持加強絕緣；
◆ 線性變壓器：通常次級與變壓器磁芯未保持基本絕緣，此時磁芯一般作為次級元件，初級與磁芯因保持加強絕緣；
◆ 變壓器骨架（bobbin):一般要求厚度超過0.4mm(IEC60950&60065),1.0mm(IEC61558&60335-2-29)
結構設計安規標準要求
◆ 塑膠外殼的熱應力消除測試：正常狀態下外殼最高溫度+10℃.但不得低于70℃ ---IEC60950/60065
◆ 塑膠外殼的球壓測試：正常狀態下外殼最高溫度+40℃.但不得低于70℃ ---IEC61558
◆ 支撐初級帶電部件的絕緣材料球壓測試：至少125℃ ---IEC61558/60950
◆ 防火外殼要求：V-1級或通過V-1級燃燒測試
展開 【電源設計必備】開關電源常用安規要求一覽表！
：初級側線材若組裝接觸到次級元件，則需用雙重絕緣線或加絕緣套管；
◆ 線材要求：INLET上輸入線焊點一般要求用鉤焊來焊接才是可靠的；PCB上焊點需要點膠固定或者有倒鉤；
◆ 線材要求：若線材的一端松脫后會造成初級次級元件接觸，則應將線材用扎帶固定；
◆ 間距要求：初級元件與變壓器磁芯/PE地（保持基本絕緣），初級元件與次級元件（保持加強絕緣），次級元件與變壓器磁芯（保持基本絕緣）；
◆ 小功率的開關電源變壓器：一般次級采用三重絕緣線后磁芯當成一次側元件，磁芯與次級元件和變壓器次級pin間都應保持加強絕緣；
◆ 線性變壓器：通常次級與變壓器磁芯未保持基本絕緣，此時磁芯一般作為次級元件，初級與磁芯因保持加強絕緣；
◆ 變壓器骨架（bobbin):一般要求厚度超過0.4mm(IEC60950&60065),1.0mm(IEC61558&60335-2-29)
結構設計安規標準要求
◆ 塑膠外殼的熱應力消除測試：正常狀態下外殼最高溫度+10℃.但不得低于70℃ ---IEC60950/60065
◆ 塑膠外殼的球壓測試：正常狀態下外殼最高溫度+40℃.但不得低于70℃ ---IEC61558
◆ 支撐初級帶電部件的絕緣材料球壓測試：至少125℃ ---IEC61558/60950
◆ 防火外殼要求：V-1級或通過V-1級燃燒測試
展開 干貨 | 常見開關電源layout經驗分享
其實對于一個開關電源工程師而言，PCB的繪制其實是對一款產品的影響至關重要的部分，如果不能很好地Layout的話，整個電源很有可能不能正常工作，最小問題也是穩波或者EMC過不去。
這是一個成品開關電源模組，文章會以這個電源模組的設計重點給大家講一些點。
經驗一，安規走線間距
這個是寫在協議里面的，如果你不按照這個做，耐壓測試一定是過不了的，因為高電壓，會直接空氣擊穿。注意保險絲之前的距離是比較遠的，要求3mm以上，這就是為啥保險絲都會放在電路最前端的原因。
第二個要注意的是就算安規沒有寫，如果兩根走線太近，正常工作也依然會擊穿的，兩根1mm間距的PCB外層耐壓是200V，所以一般220v交流或者310V直流的走線距離至少2mm以上，我一般都是在2.5mm以上的。
這些器件都是有安規要求的，說白了，就是兩個器件有最小尺寸需求的，太小的器件其實是不可能過安規的。
開關電源變壓器的骨架，同樣是為了符合安規所以要有嚴格的把關。尤其是初級，到次級的距離，小功率變壓器是必須飛線的。
展開 干貨｜由一個實例，講到MOS管電源開關電路的軟啟動
同事繼續解釋道：
這個電路的供電是由一個PMOS控制通斷的，軟啟動的設計是讓PMOS的導通時間變緩，電路上的做法是在PMOS的柵極和源極之間接一個合適的電容，PMOS的導通時間就會變緩了。
作者聽了同學的解答之后，在PMOS的柵極和源極之間接了一個電容，發現開機沖擊電流降下來了。
試了幾個不同容值的電容，對應的效果不一樣。最后作者選了一個合適的電容換上去，電池的開機沖擊電流降到了2.6A：
可惜作者在文章中沒有給出具體的原理圖。
不過從作者的描述來看，差不多就是我之前寫過的《帶軟開啟功能的MOS管電源開關電路》。只是電路參數有區別，能通過的電流、能承受的耐壓等不一樣，但是軟啟動的原理是一樣的。
作為上面案例的補充，讓我們重溫一下MOS管電源開關電路軟啟動的原理。下面用來講解的電路，以5V的電壓為例，一般控制1A左右的電流的通斷，已經大批量使用：
▲ 本文要講解的電路
電源開關電路，經常用在各“功能模塊”電路的電源通斷控制，是常用電路之一。
本文要講解的電源開關電路，是用MOS管實現的，且帶
軟開啟功能，非常經典。
既然帶“軟”開啟功能，不妨把這個電路理解為一個“軟”妹紙，讓咱們深入去了解她吧！
一、電路說明
電源開關電路，尤其是MOS管電源開關電路，經常用在各“功能模塊”電路的電源通斷控制，如下框圖所示：
▲ 框圖中“1個MOS管符號”代表“1個完整的MOS管電源開關電路”
在設計時，只要增加一個電容（C1），一個電阻（R2），就可以實現軟開啟（soft start）功能。
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