大功率开关电源设计 非常经典的22个开关电源设计问题！

问题一

我们用的是功率最低的反激式电源，为什么经常选择65K或100K作为开关频率？制约因素有哪些？或者什么情况下可以提高开关频率？还是降低开关频率？

为什么开关电源经常选择65K或100K左右作为开关频率？有人会说IC厂商都生产这种IC，但这也是有原因的。是什么决定了每个电源的开关频率？

我们应该从这里思考原因。也有人会说，高频率的电磁兼容不容易，一般都是这样，但也不是不可避免。EMC与频率有关，但不是必然的。想象一下，我们的电源开关频率增加了。有什么直接影响？

当然，MOS开关损耗增加，因为单位时间开关次数增加。如果降低频率会怎么样？开关损耗降低，但我们的储能装置在单个周期内提供的能量会增加，所需的变压器会有更大的磁性和储能电感。选择65K到100K左右是比较合适的经验性妥协，供电是在合理的妥协中进行的。

如果在特殊情况下，输入电压相对较低，开关损耗已经很小，那么我们可以增加开关频率，减小磁性器件的体积。

这个问题的关键:如何选择合适的IC开关频率？为什么主流IC的开关频率在这样的范围内？开关频率与什么有关？是一般情况，不是很多IC的频率不同。更多的人想传播思想，关注这些问题！

这里我要讲的大概情况主要是开关频率和什么有关，如何选择合适的开关频率，为什么会有那么多主流的IC和开关频率。注意不一定是一般情况，让新手区了解一般行为。当然，开关电源是可以合理使用的。

1.你怎么知道65千赫或100千赫通常被选为开关电源的开关频率？

2.如何发现开关电源的开关频率真的工作在65KHZ或100KHZ？

3.测试65 kHz和100 kHz频率是否有两张以上的图片？

4.你知道开关电源可以工作在1.5HZ吗？

提醒:作为技术人员，要记得追根溯源。我们不是校园研究型学校，但是需要理论联系实际，我们做的产品是有意义的产品！

问题2

问题3

问题4

问题5

电源的导通是如何形成的？传播途径有哪些？常用手段？什么影响电源的辐射？如何做一个大功率的EMC？

功率传导的测量方法是通过输入端口l、n、PE接收来自电源的高频干扰。

要解决传导问题，必须找出哪些方法可以减少端口接收到的干扰。

如图，一般有两种模式:L，N差模分量和共模分量通过PE接地回路。有些频率很差，有共模可用。

滤波方法:一般二阶共模配合Y电容滤波，选择方法和技巧也很重要，布板影响很大。一般在端口附近放置一个低U电感，最好用镍锌材料，专门为高频设计。绕线方式采用双线并联绕线，减少差模分量。

一般后一级的放置灵敏度比较大，在4MH到10MH左右，只是经验值，需要配y电容。x电容滤波器差模也需要靠近端口，一般放在二阶共模中间。应放置y电容，电容布局时布线要加粗，不能外挂，否则效果很差。

当然也可以从源头入手。传输是辐射耦合到线路中的结果。减少开关辐射也能给传输带来好处。辐射受MOS管的导通速度、整流管、变压器、PFC电感等的导通和关断影响。这些电路的设计需要与其他方面进行折衷。

一些经验和技巧:对于大功率，EMC一般需要增加屏蔽，屏蔽部件有几种选择:

第一，输入EMI电路与开关管是屏蔽的，对EMC的影响很大，这种方法在很多滤波器失效的情况下一般是有效的。

第二:变压器初级屏蔽。一般情况下，空变压器之间最好加屏蔽。

第三，散热器的位置可以起到很好的屏蔽作用，合理利用电路板和选择散热器的接地也很重要。

第四，判断辐射源位置有几种简单的方法，不一定完全准确。供参考，如果输入线磁环对EMC好，一般是初级MOS管，如果输出线磁环对EMC有效，一般是次级输出整流管，特别是100M以上的高频。可以考虑在输出端增加电容或共模扼流圈。

当然还有很多其他细节，尤其是布板的线圈。布局将在后面单独解释。

问题6

选择拓扑时应该考虑哪些因素？使用环境，各种拓扑的优缺点？

不知道大家会怎么看待设计电源的第一步。我也这么认为我认真研究客户的技术指标要求，转化为电源的规格，并与客户沟通指标。指标不同意味着设计难度和成本，这也对我的提问有很大影响。在选择拓扑时，我们应该根据我们的功率指标结合成本来考虑。几种常用拓扑的特点是什么？

这里主要说一下隔离。非隔离应用有限，当然是成本最低的。

反激式的特点:适用于150W以下，根据理论，大于75W时很少使用，特殊情况不讨论。反激式有些成本低，容易调试，主要是磁芯单向励磁，功率有限，效率低，主要是开关难，漏感大。全电压范围的效率一般在80%以下，单电压容易达到80%。

正向励磁的特点:功率适中，可用于中小功率。功率一般在200W以下，当然可以用于大功率，但是不经常做。原因是正向励磁和反激励磁一样，大功率磁芯体积大。当然也有两台变压器串联并联。注意大局，不要误导新人。正向激励有一些优点，成本适中，当然比反激高，优点和效率也比反激高。特别是主动箝位作为一次吸收，将泄漏能量重新利用。

半桥:目前比较流行的是LLC谐振半桥，中小功率大功率。。特性成本比反激正向高，因为用了一个MOS管和一个整流管，控制ic也贵，环路设计行业复杂。

优点:采用软开关，电磁兼容性好，效率极高，比正向励磁高。我做过960W LLC，效率可以达到96%以上。我不推荐其他半桥，至少我不会用。与旧的不对称桥相比，很难实现软切换。LLC成熟之前用了很多，现在很少用了。至少艾默生等大公司倾向于LLC，跟随主流一般不会错。

全桥:一般用于2KW以上，第一相移全桥。特点:双向激励，MOS管应力小，比LLC应力小一半。功率高的时候，特别是输入电压高的时候，一般用移相全桥，输入电压低的时候用LLC。成本极高，比LLC多用了两个MOS。这不是第一要务，主要是驱动复杂，一般IC驱动能力不达标。放大驱动，用隔离变压器驱动，是高成本的另一方面。

推挽式:用于大功率，特别是输入电压低的大功率场合。其特点是高电压应力和小电流应力。大功率使用全桥还是推挽取决于输入电压。变压器多了一个绕组，要求管内应力高。当然，经常提到的磁偏也需要克服。这个我真的没用过，不涉及电源，用起来很费劲。

问题7

问题8

电源的回路设计，电源的哪些部分影响电源的回路？好的循环有哪些指标？

电源的回路设计一直是难点。为什么这么说？由于主要影响因素太多，理论计算很难准确，模拟基于理想化模型。这里只说环路设计的一些影响因素，从定性的角度去理解环路，如何进行环路补偿。

当环路是基于输入输出的波动时，需要反馈，环路相应地告诉控制IC调整并维持输出稳定。电源回路一般为串联负反馈，包括电压串联负反馈和电流串联负反馈。

什么会影响循环？电路中的零点和极点。一般零点会导致增益上升，引起90度相移。一般极点会导致增益下降和-90度相移，左半平面极点会引起系统振荡。因此，我们需要通过零点和极点补偿来合理地调整和控制我们的环路。对于低频部分，一般引入零点补偿来满足足够的增益，对于高频干扰，一般引入极点补偿来抵消和减少高频干扰。

环路稳定的原理如下:1 .在交叉频率，系统的相位裕度大于45度。

2.当相位达到-180度时，增益裕度大于-12db 3 .避免过快进入交叉频率，接近交叉频率的曲线斜率为-1。

对于一般反激电路:

1.有一个输出滤波电容产生零:它可以增加环路增益。

2.如果在CCM模式下工作，也会产生右半平面零点。在高频带，可以使用极点补偿。这个一般很难补偿，尽量避免，让交叉频率小于右半平面的零频率。

3.负载会产生低频极点。低频零点用于补偿。

4.LC滤波器会产生低频极点，需要零点补偿。脑子里要清楚哪些极点是利弊，有针对性的补偿。

对于电源环路来说，补偿电路相对简单。运算放大器一般采用2型补偿，有的会采用3型补偿，很少使用。

问题9

问题10

问题11

问题12

判断一块电源板LAYOUT是好是坏，有哪些地方可以找到带血的？

什么样的PCB是好的PCB，必须满足以下至少一个方面:

1.电气性能干扰小，关键信号线和底线合理，各方面性能稳定。

2.有利于电磁兼容，辐射低，回路合理。

3.符合安全规定，安全距离符合要求。

4.满足工艺、量产和产能，降低生产成本。

5.美观，布局有序，走线美观，无七弯八转。

如何做到以上几点，分享我在布匹方面的经验:

1.布置前，了解电源的规格，电源的规格，是否有特殊要求，要通过的安全标准。结构的输入条件是否准确，风道的确认，输入输出口的确认，主功率流向的确认。

工艺路线的选择:根据设备的密度和有无特殊设备，选择相应的工艺路线。

2.在布局上，注意合理布局，保证四环路尽可能小，提前预测后续走线是否容易。变压器的放置基本上决定了整体布局，所以必须小心地放置在最佳位置。

EMI部分布局和流向清晰，与其他主要电源部分有清晰的隔离带。减少了主电源开关器件的干扰。每个吸收回路的面积应尽可能小，散热器的长度和位置应合理，以免挡风。

3.在走线部分，输入EMI电路的走线是否符合安全规定，原副边的距离以及输入输出与大地的距离必须符合安全规定。布线的粗细是否符合足够的电流、关键信号，驱动信号应不干扰敏感信号；

采样信号是否被准确采样和干扰；接地线是否拉得合理，主电源地和信号地是否严格分开，一次芯片地取自采样电阻

不要从大电解处拿。VCC的地是回大电解，二次电容接芯片，反馈信号也是单点接IC，地是单点接IC。散热器的地必须接主电源地，不能接信号地，以此类推。

问题13

你对电源的组成部分了解多少？MOS管的结电容有多大，对哪一个有影响？RDS和温度有什么关系？肖特基反向恢复电流影响什么？电容器的ESR有什么影响？

电源中设计的器件种类很多，主要包括MOS管、三极管、IC、运算放大器、二极管、光耦等半导体器件；磁性元件:电感、变压器、磁珠等。；电容:Y电容、X电容、陶瓷片电容、电解电容、贴片电容等。；每个设备都有其规格和极限参数。

常规参数在我们的选择中很容易掌握。比如选择MOS管，一定会考虑耐压参数，也会考虑额定电流，会考虑导通电阻。但是有一些寄生参数和一些随温度变化的参数，却很少关注，或者只在发现问题时才关注。

导通电阻Rds随着温度的升高而变大，所以在设计MOS管损耗时要考虑工作环境温度。结电容影响我们的导通损耗，也影响电磁兼容性。

肖特基二极管耐压，额定电流一般很好注意，一些参数如导通压降会随着温度升高而降低，反向恢复时间短，但漏电流大，寄生电感会造成高关断峰值

等效串联电阻是电容的一个重要参数，通常在计算纹波时考虑。一般ESR和C的相关性很大，但是不同厂家的质量因素也有很大的影响，一定要区分清楚。

一般估算公司可以参考:ESR = 10/，高温时电容寿命会缩短，低温时电容会减小，漏电流会增大等。；

当然，特殊情况下器件的特性差异是值得我们考虑的。请多想想他们，对我们解决特殊情况下的问题很有帮助。

问题14

问题15

问题十六

电源中的散热设计，如何选择散热器？散热器设计应该考虑什么？

散热器的设计是开关电源的关键。散热器主要是针对我们的加热设备温升高，所以要用散热器降低热阻来降低温升！

主要发热器件:整流桥、MOS管、整流二极管、变压器、电感等。

一般根据损耗功率和需要的温升来选择散热器的尺寸来计算热阻，根据热阻来选择相应面积的散热器。

当然还需要一些辅助的方法，比如在器件和散热器之间涂散热膏，会有一些效果。比较小的空房间可以用型材冷却，体积小，散热面积大。

特殊设备有特殊处理:比如变压器可以在变压器下面挖空PCB散热，或者在变压器上贴导热泥做散热片。电感也可以加铜环散热等等。

问题十七

问题十八

问题十九

问题20

问题二十一

问题二十二

你理解市场是因为供电吗？你的电源去哪了？开发没用？为老板挣钱是有用的。

最后，最后一个问题，电力市场问题，工程师们可能不太关注，关注R&D是错误的..项目成功不是赚到了，而是赚的钱少了。

比如:你一年努力做三个项目，赚了100万。另一个人一年做一个项目，比做三个项目轻松多了，一年赚1000万。老板喜欢哪个？

有人说项目不是我们的选择，怎么知道能不能赚钱，但是要熟悉赚钱项目的特点，什么样的电力市场比较火爆，你知道吗？根据自己公司的现有模式来开发，与大公司没有设计差距。不是项目能不能生产，而是能不能优化生产。其实从研发的角度来说，就是如何选择最优的拓扑，制定一个省的规划。