開關(guān)電源開發(fā)人員所需具備的理論知識實踐技能和工程素質(zhì)

1、開關(guān)電源開發(fā)人員所需具備的理論知識 實踐技能和工程素質(zhì),1,內(nèi)容目錄 1：開發(fā)一個開關(guān)電源產(chǎn)品所需要的技能和專業(yè)理論知識 2：開發(fā)一個開關(guān)電源產(chǎn)品所需要進行的各種優(yōu)化和折中 3：保證開關(guān)電源產(chǎn)品一次開發(fā)成功所需具備的工程素質(zhì),2,一：開發(fā)一個開關(guān)電源產(chǎn)品所需要的技能和專業(yè)理論知識,3,1：開關(guān)電源概況,--- 因電子技術(shù)、自動化技術(shù)、IC技術(shù)等

2、等的迅速發(fā)展，導(dǎo)致了多種多樣的電子設(shè)備； 如：計算機、電視機、通信設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備、手機數(shù)碼相機、DVD、服務(wù)器、 路由器、電機驅(qū)動、醫(yī)療儀器、。。； --- 電子設(shè)備內(nèi)部的各種IC、電子電路、執(zhí)行裝置所需的電源，多為直流電和交流電； --- 從電網(wǎng)所得的交流電或由電池所得的直流電是隨環(huán)境、時間和負載所變化的，它們 不能直接成為電子設(shè)備所需的內(nèi)部電源； --- 電子設(shè)備由于要完成許多高級的功能

3、、對其供電電源的精度、隨環(huán)境的變化、動態(tài) 響應(yīng)能力、還有很多其它的指標(biāo)都有非常高的要求； 將電網(wǎng)或電池的一次電能，轉(zhuǎn)換為符合電子設(shè)備要求的二次電能，這樣的變換設(shè)備便是電源。電源是一切電子設(shè)備的心臟，沒有電源，電子設(shè)備就不可能工作。,1）電源是什么？,4,2）開關(guān)電源是具有最高功率密度的電源，按變換方式可分為下列四大類：,（1）：第一大類：AC/DC開關(guān)電源；（2）：第二大類：DC/DC開關(guān)電源；（3）：第三大類：DC

4、/AC開關(guān)電源；（4）：第四大類：AC/AC開關(guān)電源。但目前只將前兩類稱為開關(guān)電源，而將后兩類分別稱為逆變器和變頻器。,3）實際的開關(guān)電源在應(yīng)用時可分成外置式和內(nèi)置式兩種：,（1）：外置電源 --- 與設(shè)備分開放置的電源模塊或電源系統(tǒng)；如： -- 通信用一次電源模塊和系統(tǒng)； -- 電力操作電源模塊和系統(tǒng)； -- 手機電池的充電器；

5、 -- 筆記本電腦的Adapter ； -- 各類手提設(shè)備、便攜設(shè)備的電池充電器，等等。,5,（2）：內(nèi)置電源 --- 放在設(shè)備內(nèi)部的電源模塊或電源系統(tǒng)；如： -- 計算機內(nèi)部的Silver Box和VRM； -- 家電（如普通電視機、PDP電視機、液晶電視機）內(nèi)部的供電電源； --

6、工業(yè)控制設(shè)備內(nèi)部的電源； -- 儀器中用的電源； -- 通信設(shè)備內(nèi)部的電源模塊和系統(tǒng)； -- 復(fù)印機、傳真機、打印機等的內(nèi)部電源，等等。,（3）：板上電源 --- 放在設(shè)備內(nèi)單板上的電源模塊；如： -- 標(biāo)準(zhǔn)磚類電源（全磚、半磚、1/4磚、1/8磚）； -- 非隔離POL（Poi

7、nt of Load）變換器； -- VRM和VRD； -- 小功率SMD電源； -- SIP和DIP電源，等等。 下面我們來看一些電源產(chǎn)品的圖片。（這些圖片摘自相關(guān)電源公司網(wǎng)站）,6,A：一次電源產(chǎn)品的圖片（AC/DC）,FPS Series of L

8、ambda,TH Series of Lambda,7,B：工業(yè)電源產(chǎn)品的圖片—標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品（AC/DC）,CPCI Series of Lambda,8,C：工業(yè)電源產(chǎn)品的圖片（AC/DC）,HWS Series of Lambda,9,D：工業(yè)電源產(chǎn)品的圖片（AC/DC）,DT Series of Lambda,KW Series of Lambda,10,E：工業(yè)電源產(chǎn)品的圖片（AC/DC）,11,F：二次電源產(chǎn)品的圖片（DC/DC）

9、--標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)類,Full Brick,Half Brick,Half Brick,1/4 Brick,1/8 Brick,12,G：二次電源產(chǎn)品的圖片（DC/DC）,13,2：開發(fā)一個開關(guān)電源產(chǎn)品所需要的基本技能,1）：認識組成開關(guān)電源的所有元器件。,,,2）：掌握各種元器件的電氣性能和電路符號。,3）：會自己制作各種磁芯元件。,4）：會正確裝配電源中的各個部分。,5）：了解電源各項指標(biāo)的意義并掌握如何測試的方法。,6）：會使用儀器對裝配

10、后的電源進行正確的調(diào)試，優(yōu)化和折中。,7）：會對獲得的實驗結(jié)果進行分析，并進行總結(jié)。,8）：會從不同的渠道不斷地學(xué)習(xí)電源知識，并能和別人分享自己的成果。,上面要求的基本技能，請與會者自己對照一下，有不夠的地方，則要努力去做，因為這是最基礎(chǔ)的。下面將給大家詳細介紹一下所需要掌握的專業(yè)理論知識。,14,3：開發(fā)一個開關(guān)電源產(chǎn)品所需要的專業(yè)理論知識,從下面一個開關(guān)電源產(chǎn)品例子著手，來看看開發(fā)人員需要掌握的專業(yè)理論知識有哪些？這個例子是一個標(biāo)準(zhǔn)

11、的多輸出電源（CPCI350），其規(guī)格和要求等先簡單地概括如下：,1）：穩(wěn)態(tài)設(shè)計規(guī)格,01：輸入電壓范圍： 85V~264V AC ；02：輸出#1： 5V/50A 輸出#2： 3.3V/40A，滿足： 輸出#3： 12V/12A 輸出#4： -12V/4A，滿足：03：輸出電壓紋波：04：模塊滿載效率：05：輸入功率因數(shù)：0.99typ06：電壓調(diào)整率：07：負載調(diào)整率：輸出

12、#1 ，其它輸出08：模塊幾何尺寸：09：模塊環(huán)境溫度：10：溫度系數(shù)：11：輸出保持時間：,15,2）：設(shè)計必須實現(xiàn)的功能,01：全范圍內(nèi)的正常開關(guān)機 ；02：全范圍內(nèi)的輸出穩(wěn)壓且滿足各項電性能指標(biāo)； 03：實現(xiàn)規(guī)格書要求的自動保護 ；04：輸出#1~輸出#3的輸出并聯(lián)均流；05：輸出#1和輸出#2的遠端補償；06：實現(xiàn)規(guī)格書的安全要求；07：實現(xiàn)規(guī)格書的EMI要求；08：實現(xiàn)規(guī)格書的

13、熱插拔要求；09：實現(xiàn)規(guī)格書的MTBF要求；10：實現(xiàn)規(guī)格書的成本要求；11：實現(xiàn)規(guī)格書的通斷邏輯功能要求。,16,3）：CPCI350的功能結(jié)構(gòu)總框圖,17,案例CPCI350電源中DC-DC控制部分的功能結(jié)構(gòu)框圖,其中藍色方框用來實現(xiàn)基本穩(wěn)壓功能的；綠色方框用來實現(xiàn)并聯(lián)和熱插拔等高級功能的；紅色方框用來實現(xiàn)各種保護功能。,18,4）：從CPCI350的功能結(jié)構(gòu)總框圖可知，一個開關(guān)電源產(chǎn)品需要的電路為：,（1）：功率電路：

14、 --- 輸入保險絲； --- EMI濾波器； --- 浪涌限制器（通常為熱敏電阻和電子開關(guān)并聯(lián)）； --- 整流電路； --- PFC主電路（多為Boost電路）； --- DC-DC主電路（可有很多種選擇）； --- 輔助電源主電路（多用Flyback電路）； --- 輸出隔離器件（Oring D

15、iode 或Oring MOSFET）；,19,（2）：控制電路： --- PFC控制電路； 用來產(chǎn)生輸入正弦電流和輸出近似穩(wěn)壓的控制電路（有多種控制實現(xiàn)）； --- DC-DC控制電路； a）：用來穩(wěn)定各路輸出電壓； b）：用來保護各路輸出過載和短路； c）：用來實現(xiàn)主要幾路的輸出均流

16、和遠端補償； d）：用來限制總輸出功率要求和兩路輸出電流之和要求； e）：用來實現(xiàn)熱插拔功能所需的控制—遙控開關(guān)機控制； f） ：用來實現(xiàn)輸出Oring MOSFET的控制*； g）：用來保護主要幾路輸出的過壓； h）：用來實現(xiàn)電源的過溫保護； i） ：用來分別指示工作o

17、k和故障； j） ：用來產(chǎn)生兩路低壓大電流輸出的同步整流控制*； k）：用來彌補線路電壓降的遠端補償技術(shù)； l） ：用來實現(xiàn)非主路輸出穩(wěn)壓的后調(diào)穩(wěn)壓控制； --- 輔助電源控制電路； --- 輸入欠壓掉電檢測電路； 輸入欠壓時，產(chǎn)生保護信號關(guān)閉PFC；輸入掉電時，產(chǎn)生掉電告警信號；

18、 --- 輸入浪涌控制電路； 產(chǎn)生控制信號去控制浪涌控制器中的電子開關(guān)閉合，等等。,20,5）：開發(fā)一個開關(guān)電源產(chǎn)品所需要的專業(yè)理論知識：,（01）：有源PFC的拓撲，分析，控制與設(shè)計。,（02）：DC-DC功率變換器的拓撲與穩(wěn)態(tài)分析。,（04）：開關(guān)電源的控制與動態(tài)分析。,（03）：開關(guān)電源的功率級參數(shù)設(shè)計,（07）：開關(guān)電源的EMI分析與設(shè)計。,（10）：開關(guān)電源的各種保護技術(shù)。,（11）：開

19、關(guān)電源的同步整流技術(shù)。,（12）：開關(guān)電源的模塊均流控制技術(shù)。,（06）：開關(guān)電源的大信號分析與設(shè)計。,（05）：開關(guān)電源的小信號分析與設(shè)計。,（08）：開關(guān)電源的熱分析與設(shè)計。,（09）：開關(guān)電源的容差分析與設(shè)計。,21,二：開發(fā)一個開關(guān)電源產(chǎn)品所需要進行的各種優(yōu)化和折中,22,1：開發(fā)一個開關(guān)電源產(chǎn)品所需要進行的各種優(yōu)化,1）：功率級參數(shù)的優(yōu)化：,在選定功率級拓撲后，可利用前面的知識和穩(wěn)態(tài)工作點選擇，對功率級參數(shù)進行優(yōu)化，使得：

20、--- 開關(guān)功率器件的損耗最??； --- 功率變壓器和濾波電感、濾波電容等的體積最?。?--- 電源整機的功率密度最高； --- 功率級的Layout最合理，等等。在這些優(yōu)化中，最重要的是功率變壓器的優(yōu)化，其變比，其繞法都會直接影響其它功率元器件的選擇和整個功率級的效率及功率密度。合理地選擇功率開關(guān)器件和它們的驅(qū)動電路及吸收電路，對功率級的性能也很重要。,23,2）：環(huán)路參數(shù)的優(yōu)化：,在選定功率級拓撲和控制策略后，可利用前面的

21、知識并在功率級參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對環(huán)路參數(shù)進行優(yōu)化，使得： --- 盡量減小閉環(huán)電壓音頻隔離度從而減小PFC濾波電容； --- 盡量減小閉環(huán)輸出阻抗從而減小DC輸出濾波電容； --- 盡量提高電源的閉環(huán)響應(yīng)速度從而減小DC輸出濾波電容； 在環(huán)路優(yōu)化中，最重要的是補償器參數(shù)，調(diào)制器參數(shù)（如外部斜波補償含量）和光耦電路參數(shù)的優(yōu)化，其中電源整機的PCB Layout對環(huán)路的影響非常大，只有在好的PCB Layout下面，通過環(huán)路各

22、部分參數(shù)的優(yōu)化，才能使電源環(huán)增益的帶寬盡可能大，從而實現(xiàn)更好的動態(tài)性能和更高的功率密度。,24,3）：輔助電源參數(shù)的優(yōu)化：,在采用繞組供電的開關(guān)電源產(chǎn)品中，必須對輔助電源的質(zhì)量進行優(yōu)化，使得： --- 輔助電源對開關(guān)電源穩(wěn)態(tài)性能的影響最??； --- 輔助電源對開關(guān)電源動態(tài)性能的影響最?。?--- 輔助電源不會影響開關(guān)電源整機的可靠性； 采用變壓器繞組或電感繞組的輔助電源，其輸出電壓的質(zhì)量一般不太好，通過對輔助電源的優(yōu)化，要保

23、證自供電后的電源整機性能變化最小，可靠性沒有問題。,25,4）：其它優(yōu)化：,--- 電源內(nèi)各種保護電路的優(yōu)化； --- EMI濾波器電路的優(yōu)化； --- 電源內(nèi)部熱環(huán)境的優(yōu)化； --- 電源其它功能電路（如均流、同步、熱插拔、遠端補償?shù)鹊龋┑膬?yōu)化； --- PCB Layout的優(yōu)化，等等。,26,2：開發(fā)一個開關(guān)電源產(chǎn)品所需要進行的各種折中,1）：折中一：穩(wěn)態(tài)性能與動態(tài)性能的折中,很多功率級拓撲，其穩(wěn)態(tài)性能與動態(tài)性能通常難以

24、兼顧。穩(wěn)態(tài)性能好的，動態(tài)性能就差，動態(tài)性能好的，穩(wěn)態(tài)性能就差，這種例子非常多，所以選擇拓撲時一定要根據(jù)要求和應(yīng)用場合來合理選擇。即使同一個拓撲，其功率級參數(shù)設(shè)計時，也要考慮穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能的折中，如輸出濾波電感的設(shè)計，對效率而言，希望其越大越好，但對動態(tài)性能而言，則希望其小一點好，所以設(shè)計時需要折中。,2）：折中二：功率密度與可靠性的折中,很多有更高功率密度的拓撲，其實現(xiàn)時會比較復(fù)雜，而且往往拓撲本身還有可靠性較低的隱患。所以選

25、擇拓撲時也要根據(jù)可靠性和性能來進行具體折中。如一些能實現(xiàn)軟開關(guān)的拓撲，一般可實現(xiàn)更高的開關(guān)頻率，具有更高的功率密度，但他們在實現(xiàn)的產(chǎn)品中，可靠性往往較低。,27,3）：折中三：小信號性能與大信號性能的折中,在一個電源中，有很多性能需要滿足，利用不同的控制策略，不同的補償電路，會得到不同的動態(tài)性能。有些控制策略或參數(shù)對輸入端的擾動具有較強的抑制能力，有些則對負載端的擾動具有較強的抑制能力，有的參數(shù)對小信號動態(tài)穩(wěn)定性很好，但在大信號下，且

26、可能不穩(wěn)定，有的參數(shù)能滿足大信號的要求，但小信號下且會變差，因此要對大小信號的動態(tài)設(shè)計進行折中。,4）：折中四：高低溫下的設(shè)計折中,在一個電源中，因各種參數(shù)都與其工作時的溫度有關(guān)，所以必須找出一組參數(shù)能在全部環(huán)境溫度范圍內(nèi)滿足所有性能指標(biāo)，這需要做很多折中。,5）：折中五：電性能與熱性能之間的折中,在一個電源中，電性能（如電應(yīng)力和EMI性能）與熱性能之間的要求是矛盾的。為了獲得好的EMI和低的電應(yīng)力，希望功率元器件形成的回路盡量小，但這

27、會使得各元器件之間的熱影響更厲害，各元器件的損耗會更大；將各功率元器件之間的回路加大，可減小這種熱影響，改善熱設(shè)計，但因寄生參數(shù)的增加，會使器件的電應(yīng)力增加，效率變低，EMI性能變壞，所以電源中熱與電兩個設(shè)計是非常需要折中的。,28,6）：折中六：關(guān)鍵部件的設(shè)計折中,在開關(guān)電源中，有一些關(guān)鍵部件，在設(shè)計時需要折中，如功率變壓器的設(shè)計，對穩(wěn)態(tài)效率性能而言，在變比等已經(jīng)最優(yōu)化后，希望其漏感最小，但在實現(xiàn)漏感最小的同時，往往會增加繞組之間的分

28、布電容，這通常會增加共模EMI干擾和降低安全要求；另外如驅(qū)動能力的折中，為了減小功率開關(guān)器件（MOSFET）的開關(guān)損耗，希望其開關(guān)過程盡量短，這可通過減小門極驅(qū)動電阻來實現(xiàn)，但在開關(guān)速度提高的同時，往往會增加電源的共模EMI，使得EMI特性變差。,7）：其它折中：,做好一個開關(guān)電源，還有很多其它折中要做，總之因為開關(guān)電源是一個在一定邊界（有輸入電壓，負載電流和環(huán)境溫度組成的長方體）之內(nèi)滿足規(guī)格書要求的功率電子產(chǎn)品，既有功率處理和信息處

29、理，又有熱處理，所以為了做好這樣的產(chǎn)品必須要做很多很多的折中，這要求開發(fā)人員如何在折中的基礎(chǔ)上優(yōu)化，在優(yōu)化的基礎(chǔ)上折中，使開發(fā)的電源產(chǎn)品達到最佳的性價比。,29,三：保證開關(guān)電源產(chǎn)品一次開發(fā)成功所需具備的工程素質(zhì),30,公司由于開發(fā)管理不規(guī)范, 對此開發(fā)無任何積累.員工由于開發(fā)工作不專業(yè), 在開發(fā)中無任何提高.,1）：目前國內(nèi)多數(shù)電源公司在產(chǎn)品開發(fā)中存在的怪圈現(xiàn)象,31,2）：成為資深電源開發(fā)人員所必須具備的工程素質(zhì)．,（1）：養(yǎng)成制

30、訂個人計劃的習(xí)慣。,（2）：養(yǎng)成按規(guī)范做設(shè)計的習(xí)慣。,（4）：養(yǎng)成按規(guī)范做總結(jié)的習(xí)慣,（3）：養(yǎng)成按規(guī)范做調(diào)試的習(xí)慣,32,3）：個人工作計劃的核心 --- 周計劃,如果你能將總工作計劃，轉(zhuǎn)化成一份份的周工作計劃，那么只要能夠保證每周的工作都按計劃完成，則總的工作也就一定能夠按計劃完成．分解成周計劃的好處在于一周５天是個不長也不短的時間，人是有能力提前計劃這５天的事情的，兩天的休息還可給計劃的調(diào)整帶來方便．舉個例子：如果完成某個項目

31、的計劃時間為12周，則你在做總計劃的時候，需先規(guī)劃好12個要實現(xiàn)的周工作目標(biāo)．再利用這1-12周的周目標(biāo)，每一周去制訂一份計劃，完成一個目標(biāo)，直到最終完成總的計劃，實現(xiàn)總的目標(biāo)．當(dāng)項目的時間很長時，可先將其分解為幾個階段，規(guī)劃好各個階段的總目標(biāo)，再對每一個階段來規(guī)劃它們的周目標(biāo)．例如完成某個項目的計劃時間是1年，則你可按12周（+1周調(diào)整）為1個階段，將其分為四個階段，規(guī)劃好各個階段要實現(xiàn)的目標(biāo)，再根據(jù)這4個階段目標(biāo)，將其規(guī)劃成要實

32、現(xiàn)的12個周工作目標(biāo)，以后的事情還是每周去制訂一份計劃，完成一個目標(biāo)，直到完成各個階段的目標(biāo)，最終完成總的目標(biāo)．由此可見，只要將周目標(biāo)和周工作計劃做到實處，堅定不移地去執(zhí)行周工作計劃，則就一定能夠完成你的總計劃和總目標(biāo)．所以說，周工作計劃是個人計劃的核心，當(dāng)然要制訂出一份準(zhǔn)確的周工作計劃，是要靠長期的堅持才能得到的．,33,4）：按規(guī)范做設(shè)計的步驟,第一步：仔細閱讀產(chǎn)品的開發(fā)規(guī)格書,第二步：按規(guī)范繪制產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)總框圖,第三步：用

33、功能結(jié)構(gòu)總框圖描述產(chǎn)品的基本功能實現(xiàn),第四步：用功能結(jié)構(gòu)總框圖描述產(chǎn)品的正常開關(guān)機過程,第五步：用功能結(jié)構(gòu)總框圖描述產(chǎn)品的故障保護過程,第六步：設(shè)計功能結(jié)構(gòu)總框圖中的各個單元電路并撰寫設(shè)計總結(jié),第七步：繪制出一整套設(shè)計圖紙,34,5）：養(yǎng)成按規(guī)范做調(diào)試的習(xí)慣,開發(fā)人員要能夠養(yǎng)成按開發(fā)操作所規(guī)范的步驟去開發(fā)一個產(chǎn)品，那就不會出現(xiàn)很多不必要的反復(fù)，就可避免出現(xiàn)前面介紹的那種怪圈，就可將產(chǎn)品開發(fā)工作做得又好又快．同時開發(fā)人員還能在很短的時間內(nèi)