电源研发中22个常见经典问题分析
问题1：我们小功率用到最多的反激电源，为什么我们常常选择65K或许100K（这些频率段附近）作为开关频率？有哪些原因约束了？或许哪些情况下我们可以增大开关频率？或许减小开关频率？
开关电源为什么常常选择65K或许100K左右规划作为开关频率，有的人会说IC厂家都是出产这样的IC，当然这也有原因。每个电源的开关频率会抉择什么？
应该从这儿去考虑原因。还会有人说频率高了EMC不好过，一般来说是这样，但这不是必定，EMC与频率有联络，但不是必定。想象我们的电源开关频率 前进了，直接带来的影响是什么?当然是MOS开关损耗增大，因为单位时间开关次数增多了。假设频率减小了会带来什么？开关损耗是减小了，但是我们的储能器 件单周期供应的能量就要增多，必定需求的变压器磁性要更大，储能电感要更大了。选取在65K到100K左右就是一个比较合适的阅历折中，电源就是在折中合理化折中进行。
假设在特别现象下，输入电压比较低，开关损耗已经很小了，不在乎这点开关损耗吗，那我们就可以前进开关频率，起到减小磁性器件体积的意图。
要害：怎样选择合适IC的开关频率？干流IC的开关频率为什么是大概是这么一些规划?开关频率和什么有关，说的是广泛情况，不是想钻牛角尖许多IC还有什么不同的频率。更多的想发散我们思维去留心到这些问题！
在广泛情况下：首要想提的是开关频率和什么有关，怎样去选择合适开关频率，为什么干流IC以及开关频率是这么多，留心不是必定，是广泛情况，让新手区了解一般行为，当然开关电源想怎样做都可以，要能合理运用。
1、你是怎样知道一般选择65或许100KHZ，作为开关电源的开关频率的？（调研广泛的大厂家干流IC，这二个会比较多，当然也有一些在这附近，还有一些是可调的开关频率）
2、又是怎样在作业中发现开关电源开关频率确实作业在65KHZ,或100KHZ的。（从规划角度考量，广泛电源运用这个规划）
3、有两张以上的测验65KHZ100KHZ频率的图片说明吗？（何止二张图片，毫无意义）
4、你是否知道开关电源可以作业在1.5HZ（你觉得这样谈有必要，作业没有什么不可以，纯熟钻牛角尖，做技能牢记钻牛角尖，那你能谈谈为什么广泛电源不作业在1.5HZ，说这个才有意义，你做出1.5HZ的电源纯属毫无意义的工作）
提示：做技能人员牢记钻牛角尖，我们不是校园研讨派，是需求将理论与实践现结合起来，做出来的产品才是有意义的产品！
问题2：LLC中为什么我们常在二区规划开关频率？一区和三区为什么不可以？有哪些要素约束呢？或许假设选取一区和三区作为开关频率会有什么结果呢？
LLC的原理是运用理性负载随开关频率的增大而感抗增大，来进行调度输出电压的，也就是PFM调制。并且MOS管注册损耗ZVS比ZCS小，一区是 容性负载区，天然不可取。那么三区，开关频率大于谐振频率，这个仍是理性负载区，按道理MOS完结ZVS没有问题，确实如此。但是我们不能疏忽副边的输出 二极管关断。也就是原边MOS管关断时，谐振电流并没有减小到和励磁电流相等，完结副边整流二极管软关断。这也是我们一般也不选择三区的原因。
我们不能只按前人的阅历去规划，而要知道只所以这样规划是有其必定的道理的！
问题3：当我们反激的占空比大于50%会带来什么？好的方面有哪些？不好的方面有哪些？
反激的占空比大于50%意味着什么，占空比影响哪些要素？
榜首：占空比规划过大，首要带来的是匝比增大，主MOS管的应力必定前进。一般反激选取600V或650V以下的MOS管，本钱考虑。占空比过大必定接受不起。
第二：很重要的是许多人知道，需求斜坡补偿，否则环路震动。不过这也是有条件的，右平面零点的发作需求作业在CCM方法下，假设规划在DCM方法 下也就不存在这一问题了。这也是小功率为什么规划在DCM方法下的其间一个原因。当然我们规划满意好的环路补偿也能战胜这一问题。
当然在特别现象下也需求将占空比规划在大于50%，单位周期内传递的能量增加，可以减小开关频率，抵达提高功率的意图，假设反激为了功率做高，可以考虑这一方法。
问题4：反激电源假设要做到必定的功率，需求从哪些方面着手？准谐振？同步整流？
反激的一大下风就是功率问题，改善功率有哪些途径可以考虑的呢?减小损耗是必定的，损耗的点有开关管，变压器，输出整流管，这是首要的三个部分。
开关管我们知道反激首要是PWM调制的硬开关居多，开关损耗是我们的一大难点，好在软开关的出现看到了希望。反激无法向LLC那样做到全谐振，那只 能朝准谐振去开展(部分时间段谐振)，这样的IC也有许多问世，我司用的较多是NCP1207，通过在MOS管关断后，下一次注册前1脚检测VCC电压过零后，然后在一个设定时间后注册下一周期。
变压器的损耗怎样做到最小，完美运用的变压器后边问题会触及到。
同步整流一般在输出大电流情况下，副边整流流二极管，哪怕用肖特基损耗仍然会很大，这时分选用同步整流MOS代替肖特基二极管。有些人会说这样本钱高不如用LLC，或许正激呢，当然没有最好的，只需更合适的。
问题5：电源的传导是怎样构成的？传导的途径有哪些？常用的手法？电源的辐射受哪些东西影响？怎样做大功率的EMC？
电源传导丈量方法是通过接收输入端口L,N,PE来自电源内部的高频烦扰(一般150K到30M)。
处理传导有必要弄清楚通过哪些途径削弱端口接收到的烦扰。
一般有二种方法：L,N差模成分，以及通过PE地回路的共模成分。有些频率是差共模均有。
通过滤波的方法：一般选用二级共模分配Y电容来滤去，选择的方法技巧也很重要，布板影响也很大。一般挨近端口放置低U电感，最好是镍锌质料，专门针 对高频，绕线方法选用双线并绕，削减差模成分。后级一般放置感量较大，在4MH到10MH附近，只是阅历值，详细需求与Y电容分配。X电容滤差模也需求挨近端口，一般放在二级共模中间。放置Y电容，电容布板时走线需求加粗，不可外挂，否则效果很差。（这些只是输入滤波网络上做文章）
当然也可以从源头上下手，传导是辐射耦合到线路中的成果，削弱了开关辐射也能对传导带来长处。影响辐射的几处一般有MOS管注册速度，整流管导通关断，变压器，以及PFC电感等等。这些电路上的规划需求与其他方面折中不做胪陈。
一些阅历技巧：针对大功率的EMC一般需求增加屏蔽，马到成功，屏蔽的部位一般有几处选择：
榜首：输入EMI电路与开关管间屏蔽，这对EMC有很大的效果，许多靠滤波器无效的选用该方法一般很有效果。
第二：变压器初次级屏蔽，一般规划变压器若有空间最好加上屏蔽。
第三：散热器的方位能很好充当屏蔽，合理布板运用，散热器接地选择也很重要。
第四：判别辐射源头方位，一般有几个简单的方法，不用定完全准确，可以参看，输入线套磁环若对EMC有长处，一般是原边MOS管，输出线套磁环若对EMC有效果，一般是副边输出整流管，特别是大于100M的高频。可以考虑在输出加电容或许共模电感。
当然还有许多其他的细节技巧，特别是布板环路方面的，后边对LAYOUT会单独解说。
问题6： 我们选择拓扑时需求考虑哪些方面的要素？各种拓扑运用环境及优缺点？
规划电源的榜首步不知道我们会想到什么呢?我是这么想，详尽研讨客户的技能方针要求，转换为电源的标准书，与客户交流方针，不同的方针意味着规划难度和本钱，也是对我提出的问题有很大的影响，选择拓扑时根据我们的电源方针结合成原本考虑的，哪常用的几种拓扑特征在哪呢 ?
这儿首要谈隔绝式，非隔绝式应用有限，当然也是本钱最低的。
反激：适用在小于150W，理论这么说，实践大于75W就很少用，不谈很特别的情况。反激的有点本钱低，调试简单(相关于半桥，全桥)，首要是 磁芯单向励磁，功率由局限性，功率也不高，首要是硬开关，漏感大等等原因。全电压规划(85V-264V)功率一般在80%以下，单电压抵达80%很简单。
正激：功率适中，可做中小功率，功率一般在200W以下，当然可以做很大功率，只是不常常这么做，原因是正激和反激相同单向励磁，做大功率磁芯体积要求大，当然选用2个变压器串并联的也有，留心只谈一般现象，不误导新人。正激有点，本钱适中，当然比反激高，长处功率比反激高，特别选用有源箝位做 原边吸收，将漏感能量重新运用。
半桥：现在比较火的是LLC谐振半桥，中小功率，大功率通吃型。(一般大于100W小于3KW)。特征本钱比反激正激高，因为多用了1个MOS管 (双向励磁)和1个整流管，控制IC也贵，环路规划业凌乱(一般选用运放，特别还要做电流环)。长处:选用软开关，EMC好，功率极高，比正激高，我做过 960W LLC,功率可达96%以上(全电压)(当然PFC是选用无桥方法)。其它半桥我不引荐，至少我不会去用，比较老的不对称桥，很难做到软开关，LLC老练从前用的多，现在很少用，至少艾默生等大公司都倾向于LLC，跟着干流走一般都不会错。
全桥：一般用在大于2KW以上，首推移相全桥，特征，双向励磁，MOS管应力小，比LLC应力小一半，大功率特别输入电压较高时，一般用移相全桥， 输入电压低用LLC。本钱特别高，比LLC还多用2个MOS。这还不是首要的，首要是驱动凌乱，一般的IC驱动能力都达不到，要将驱动扩大，选用隔绝变压器驱动，这儿才是本钱高的另一方面。
推挽：应用在大功率，特别是输入电压低的大功率场合，特征电压应力高，当然电流应力小，大功率用全桥仍是推挽一般看输入电压。变压器多一个绕组，管子应力要求高，当然常提到的磁偏磁也需求战胜。这个我真没用过，没触及电力电源，很难用到它的时分。
问题7：考虑电源本钱时，我们要从哪里下手呢？
规划电源，本钱点评必不可少，现在客户将电源的本钱压得很低，各大竞争对手无不都在打价格战，我们都能做出电源来，就看谁做得更廉价，才干赢得订单，从哪些方面下手有利于我们本钱呢：
榜首：技能方针。电源技能方针越高，本钱越高，假设你的电源本钱高了，那你可以打你的功用方针卖点，多了功用要求，电路增多了本钱天然高。也是和客户谈话的本钱。
第二：物料收买本钱，为什么大公司电源获利高？无非是他们有着优越的收买途径，收买量大，物料本钱低，当然本钱更低。假设不考虑收买，作为工程师必 须弄清楚不同物料对应的本钱，比如能用贴片，少用插件，(比如插件电阻比贴片本钱高)，能用国产，不用台资，能用台资不用日系，这儿的价格差异不菲。(比 如日系电容比国产电容价格高几倍不止！当然质量也有差异)
第三：影响本钱的重要器件：变压器，电感，MOS管，电容，光耦，二极管及其他半导体器件，IC等。 不同的变压器厂家绕出来的变压器价格差异很大，MOS管应力，热阻选择够用就行，IC方案的本钱等。
其它方面导致本钱问题：器件散热器，大小合适，多了就是浪费钱。PCB布板，能用单面板用成双面板就是浪费钱，PCB布板工艺，选择合理的工艺加工本钱低，出产功率高。
问题8：电源的环路规划，电源哪些部分影响电源的环路?好的环路有哪些方针抉择？
电源的环路规划一直是一个难点，为什么这么说，因为首要影响的要素太多，理论核算很难做到准确，仿真也是根据理想化模型，在这儿只谈关于环路规划的一些影响要素，从定性的角度去了解环路以及怎样去做环路补偿。
环路是根据输入输出不坚定时，需求通过反响，环路相应奉告控制IC去调度，维持输出的安稳。电源环路一般都是串联负反响，有的是电压串联负反响(CC方法下)，有的是电流串联负反响(CV方法下)。
那有哪些地方会影响环路呢？电路中的零点以及极点。零点一般会导致增益上升，引起90度相移(右半平面零点会引起-90度相移)。极点一般会导致增益下降，引起-90度相移，左半平面极点会引起系统震动。所以我们需求凭仗零点极点补偿手法去合理调控我们的环路。关于低频部分，为了满意满意增益一般引进零点补偿，关于高频烦扰一般引进极点补偿去抵消，削减高频烦扰。
环路安稳的原则是：
1.在穿越频率处(即增益为零dB时的频率)，系统的相位余量大于45度。
2.在相位抵达-180度时增益的余量大于-12dB.3.防止过快的进入穿越频率，在进入穿越频率附近的曲线斜率为-1。
针对一般反激电路：
1.发作零点的有输出滤波电容 ：可以使环路增益上升。（一般在中频4K左右，对增益有长处，无需补偿）
2.若作业在CCM方法下还会发作右半平面零点。在高频段，可选用极点补偿。这个一般很难补偿，尽量防止，让穿越频率小于右半平面零点频率（15K 左右，随负载改变会改变）选取。
3.负载会发作低频极点。选用低频零点去补偿。
4.LC滤波器会发作低频极点，需求选用零点补偿。在心中要清楚哪些零极点 是利是弊，针对性补偿。
补偿的电路，针对电源环路来说比较简单，一般选用对运放选用2型补偿，也有的会选用3型补偿很少用。
问题9：对各种拓扑的软开关方法有哪些？软开关是怎样完结的？
软开关现在运用很一再，一来可以提高次功率，二来可以利于EMC。许多拓扑都开始运用软开关了，就连反激假设为了做高功率也引进了准谐振来完结软开关，这个在前面问题已讲过。LLC的软开关在前面问题也提过完结条件，详细完结进程没有细讲。这儿就共享下我对软开关的了解。
完结条件及进程：运用软开关需求二个元素，一个是C一个是L来完结谐振（当然也可以多谐振方法），谐振会发作正弦波，正弦波就能完结过零。假设是串联谐振归于电压谐振，并联谐振归于电流谐振。
其次软开关和硬开关的差异是：硬开关进程中电压电流有堆叠，软开关要么电流为零(ZCS)要么电压为零(ZVS)。MOS管的软开关可以运用结电容 或许并电容，然后串电感完结串联ZVS，例如准谐振反激，有源箝位吸收电路，移向全桥的软开关。也有LC并联ZCS，不过用的很少，因为MOS管ZVS的 损耗小于ZCS。LLC归于串并联式，不过我们运用的是ZVS区。（在死区的时分谐振电流过零，上管软注册前，先给下管结电容充电，上管完结软注册）
问题10：什么样的变压器才算是最完美适用的？变压器抉择了什么，影响了什么？
规划变压器是各种拓扑的中心点之一，变压器规划的好坏，影响电源的方方面面，有的无法作业，有的功率不高，有的EMC难做，有的温升高，有的极限情况会丰满，有的安规过不了，需求归纳各方面的要素来规划变压器。
规划变压器从哪里下手呢？一般来说根据功率来选择磁芯大小，有阅历的可参看自己规划过的，没阅历的只能依照AP算法去算，当然还要留有必定的余量，最终试验去查验规划的好坏。
一般小功率反激引荐的用的比较多EE型，EF型，EI型，ER型，中大功率PQ的用的比较多，这儿面也有每个人的习气以及不同公司的途径差异，功率很大的，没有合适的磁芯，可以二个变压器原边串副边并的方法来做。
不同拓扑对变压器的要求也不相同，比如反激，需求考虑的是需求作业在什么方法下，感量怎样调度适中。特别是多路输出必定要留心负载调整率满意需求， 耦合的效果要好，比如选用并绕，均匀绕制，以及副边匝数尽可能增多。MOS管耐压抉择匝比，怎样选取合适的占空比，选取多大的Bmax（一般小于 0.35，当然0.3更好，即时短路也不会丰满太严峻）有的还需求增加屏蔽来整改EMC，原副边屏蔽一般加2层，外屏蔽1层就好。
大功率变压器一般更多的是关注损耗，需求铜损和磁损抵达平衡，还要考虑到风冷天然冷，电流密度多大合适，功率稍大（大于150W）的一般电流密度相对取小些(3.5-4.5)，功率小的(5.0-7.0)。
还要清楚电源过的什么安规，挡墙是不是满意，层间胶带是否设置合理也是不可以忽视的，一旦要做认证去改变压器也是影响进展的。
问题11：我们真的需求到沉迷规划东西，依托仿真的境地吗？
电源的规划东西首要用在以下几个方面：
1.选择磁芯及规划变压器；
2.环路仿真规划；
3.主功率拓扑仿真；
4.仿照电路仿真；
5.热仿真（针对大功率）；
6.核算东西（核算书）等。
关于新人来说，我给的建议少用东西，多核算，自己掌握规划的进程，因为东西是人做的，不同人的规划习气差异，不能用一个固定的规划方法来规划不同的电源。
有些仿真可以与规划相结合：比如环路规划好后是很难直接满意规划需求的，仿真可以在试验前很好验证，但仿真也不是完全和试验相同，至少不会差太远。
熟练运用Mathcad和Saber也是必要的，只是许多我们需求弄清原理的层面，把东西只需求作为核算器来运用，更快速便当更高效来满意我们规划就好，想纯依托东西来规划电源，无疑是走入极大误区。
问题11：我们真的需求到沉迷规划东西，依托仿真的境地吗？
电源的规划东西首要用在以下几个方面：
1.选择磁芯及规划变压器
2.环路仿真规划
3.主功率拓扑仿真
4.仿照电路仿真
5.热仿真（针对大功率）
6.核算东西（核算书）等
关于新人来说，我给的建议少用东西，多核算，自己掌握规划的进程，因为东西是人做的，不同人的规划习气差异，不能用一个固定的规划方法来规划不同的电源。
有些仿真可以与规划相结合：比如环路规划好后是很难直接满意规划需求的，仿真可以在试验前很好验证，但仿真也不是完全和试验相同，至少不会差太远。
熟练运用Mathcad和Saber也是必要的，只是许多我们需求弄清原理的层面，把东西只需求作为核算器来运用，更快速便当更高效来满意我们规划就好，想纯依托东西来规划电源，无疑是走入极大误区。
问题12：评判一块电源板LAYOUT好坏有哪些地方能言必有中发现？
什么样的PCB是一块好的PCB，至少要满意以下一个方面：
1.电功用方面烦扰小，要害信号线及底线走的合理，各方面功用安稳（前提是电路无缺点）；
2.利于EMC，辐射低，环路走的合理；
3.满意安规，安规距离满意要求；
4.满意工艺，量产可出产性，以及减小出产本钱；
5.美丽，布局规矩有序 (器件不杂乱无章)，走线美丽美丽，不七弯八绕的。
怎样才干做到以上几点，共享我的布板阅历：
1.布局前，了解清楚电源的标准书，电源的标准，有无特别要求，以及要过的安规标准。结构输入条件是不是准确，以及风道确实认，输入输出端口确实认，以及主功率流向。工艺路途选取，根据器件的密度，以及有无特别器件，选择相对应工艺路途。
2.布局中，留心合理的布局，保证四大环路尽可能小，提前预判后续走线是否好走。变压器的摆放基本抉择了整体的布局，必定要慎重，放到最佳方位。 EMI部分的布局流向明晰，与其它主功率部分有明晰的隔绝带。削减受到主功率开关器件的烦扰。各吸收回路的面积尽可能小，散热器的长度以及方位要合理，不挡风道。
3.走线部分，输入EMI电路的走线是否满意安规，原副边距离，输入输出对大地的距离都要满意安规。走线的粗细是否满意满意的电流大小，要害信号（例如驱动信号，采样信号，地线是否合理），驱动信号不要烦扰灵敏信号（高频信号）；采样信号是否采样准确，是否会受到烦扰；地线是否拉得合理（有时需求单点接地，有时需求多点接地跟实践需求有关），主功率地和信号地严格区分隔，原边芯片地从采样电阻取，不要从大电解取（特别是采样电阻和大电解地距离远时），VCC的地前级地回大电解，二级电容地接芯片，反响信号也单点接IC，地单点接IC。散热器的地有必要接主功率地，不能接信号地等等许多的细节要求。
问题13：电源的元器件你懂多少？MOS管结电容多大，对哪些有影响？RDS跟温度是什么联络？肖特基反向恢复电流影响什么？电容的ESR会带来哪些影响？
电源中的规划的器件类型许多，首要有半导体器件如：MOS管，三极管，IC，运放，二极管，光耦等；磁性器件：电感，变压器，磁珠等；电容：Y电容，X电容，瓷片电容，电解电容，贴片电容等；每种器件都有其标准，极限参数。
常规的参数在我们选型很简单掌握，例如选取MOS管，耐压参数肯定会考虑，额定电流也会考虑，导通电阻我们会考虑，但还有一些寄生参数以及一些随温 度改变特性的参数却很少去留心，或许只需在发现问题的时分才会去找。导通电阻Rds(on)随温度升高其阻值是变大的，规划MOS管损耗时要考虑到其作业的环境温度。结电容影响到我们的注册损耗，也会影响到EMC。
肖特基二极管耐压，额定电流一般很好留心，有些参数例如导通压降在温度升高时会减小，反向恢复时间短，不过漏电流大（特别是考虑到高温时漏电流影响就更大了），寄生电感会引起关断尖峰很高。
电容一个重要参数ESR，在核算纹波时一般会考虑，ESR一般与C的相关是很大的，不过不同厂家的质量要素影响也是很巨大，必定要详细分清楚。
一般预算公司可参看：ESR=10/（C的0.73次方），电容在高温时寿数会缩短，低温时容量会减小，漏电流也会增加等等；
当然器件在特别现象表现出来的特性差异是值得我们考虑的问题，请我们多多思量，关于我们处理特别情况下的问题十分有协助。
问题14：你对磁性材料了解多少，磁环和磁芯有哪些差异?低磁环和高磁环用在什么情况？
磁性器件对开关电源的重要性不言而喻，可以说是电源的心脏部位。 磁性材料的品种也繁复，常用来做变压器的一般是铁氧体材料，首要是价格廉价，开关频率最大能做到1000K，够一般情况下运用了。铁氧体磁芯既可以做主变压器也可以做电感，如PFC电感（一般铁硅铝质料居多，性价比高），储能电感也可以。当然在要求高的情况下，特别是大功率一般用磁环，首要是感量可以做大，不易丰满，相对铁氧体磁芯来说，不过缺点是价格贵，特别是大电流，绕制工艺较困难。磁环也分高U值和低U值，首要也是磁环的材料不同照成，高U环磁环外观是绿色，一般EMI电路的共模电感选用，感量会相对较大滤低频，颜色偏灰的是低U环，感量很低，滤高频。一般为了EMC都是分配运用效果一般都比较好！
问题15：电源损耗是怎样分布的？MOS管损耗？变压器损耗?变压器除了直流损耗，还有交流损耗怎样算的？
电源损耗一般集中在以下一些方面：
1.MOS管的注册损耗及导通损耗；
2.变压器的铜损和铁损；
3.副边整流管的损耗；
4.桥式整流的损耗。
5.采样电阻损耗；
6.吸收电路的损耗；
7.其它损耗：PFC电感损耗，LLC的谐振电感损耗，同步整流的MOS管损耗等。
针对这些损耗，恰当的减小可以提高功率。1.针对MOS管可选用开关速度快的，导通电阻低的，电路上课选用软开关。2.针对变压器：选择合适大小的磁芯，磁芯太小损耗会大，很难做到铜损和铁损平衡。特别是铜损不只有直流损耗还有交流损耗，交流损耗一般比直流损耗还大2倍，因为铜线在高频下的交流阻抗比直流阻抗大的多，核算时必定要充分预算进去。
