开关电源设计开发流程

ATX电源详细内部结构及设计方案

电源基本内部结构篇：电源内部结构：

先简单了解一下PC开关电源转换流程为：交流输入→EMI滤波电路→整流电路→功率因素

校正电路(主动或是被动PFC)→一次侧(高压侧)开关电路转换成脉流→主要变压器→二次

侧(低压侧)整流电路→电压调整电路(例如：磁性放大电路或是DC-DC转换电路)→滤波(平

滑输出涟波，由电感及电容组成)电路→电源管理电路监控输出。

为了方便，先从电源的交流输入端EMI滤波电路开始说吧，及相关组成元件的简单介绍

上图中的三个部分都是电源输入端的一级EMI部分（习惯上的说法）。可以看到一级EMI最

基本的由X电容、Y电容（通常成对出现），个别会有铁氧体线圈（或模组线圈的形式）

X电容(跨接线路滤波电容)：这是EMI滤波电路组成中，用来并联火线与零线间的电容，用来消除来自电力线的低通常态噪声。外观为方形扁平形状。

Y电容为串联连接到火、零之间，用来消除高通常态及共态噪声。

铁氧体扼流圈在滤波电路中为串联在火、零线上，用来消除电线低通共态以及射频噪声，而

在市电输入口的火、零线套上磁环则可以更好的滤除高频杂波。

泄电电阻大致作用是限制电路上流过的电流使电压稳定，并联与零火线上，于电源供应器关

闭后释放电容内所储存的电荷，既可以保护电容又可以避免产生电击事故。

接下来看二级EMI部分：（习惯上把设计在电源PCB板上的EMI部分叫做二级EMI）

上图为一款电源的二级EMI部分：两个X电容，一对Y电容，两个共模电感，一个差模电感，

一个MOV做浪冲接收器，还可以看到一个继电器。

在这组二级EMI滤波电路中，X电容负责滤除差模干扰，Y电容负责滤除共模干扰，共模电

感用于滤除共模干扰，差模电感用于滤除差模干扰。当然，在部分电源的整流电路中我们也

可以找到NTC。

上图是一款额定1200瓦电源的二级EMI部分，设计和用料相当完整。

再简单介绍一下其他一些电子元件：

保险管：当通过它的的电流值超出额定限度时，会以熔断的方式来保护连接于后端电路。

开关电源设计（精通型）

一、开关电源基本原理及分类

1. 基本原理

开关电源的工作原理是通过控制开关器件的导通与关断，实现电能的高效转换。它主要由输入整流滤波电路、开关变压器、输出整流滤波电路和控制电路组成。在开关电源中，开关器件将输入的交流电压转换为高频脉冲电压，通过开关变压器实现电压的升降，经过输出整流滤波电路，得到稳定的直流电压。

2. 分类

（1）PWM（脉冲宽度调制）型开关电源：通过调节脉冲宽度来控制输出电压，具有高效、高精度等特点。

（2）PFM（脉冲频率调制）型开关电源：通过调节脉冲频率来控制输出电压，适用于负载变化较大的场合。

二、开关电源关键技术与设计要点

1. 高频变压器设计

（1）选用合适的磁芯材料，保证变压器在高频工作时的磁通密度不超过饱和磁通密度。

（2）合理设计变压器的绕组匝数比，以满足输出电压和电流的要求。

（3）考虑变压器损耗，包括铜损、铁损和杂散损耗，确保变压器具有较高的效率。

2. 开关器件的选择与应用

（1）开关频率：根据开关电源的设计要求，选择合适的开关频率。 （2）电压和电流等级：确保开关器件能承受最大电压和电流。

（3）功率损耗：选择低损耗的开关器件，提高开关电源的效率。

（4）驱动方式：根据开关器件的特点，选择合适的驱动电路。

3. 控制电路设计

（1）稳定性：确保控制电路在各种工况下都能稳定工作。

（2）精度：提高控制电路的采样精度，降低输出电压的波动。

（3）保护功能：设置过压、过流、短路等保护功能，提高开关电源的可靠性。

三、开关电源设计实例分析

1. 确定设计指标

输入电压：AC 85265V

输出电压：DC 24V

输出电流：4.17A

效率：≥90%

2. 高频变压器设计

选用EE型磁芯，计算磁芯尺寸、绕组匝数和线径。

3. 开关器件选择

根据设计指标，选择一款适合的MOSFET作为开关器件。

4. 控制电路设计

采用UC3842作为控制芯片，设计控制电路，实现开关电源的稳压输出。

开关电源生产工艺流程

开关电源生产工艺流程包括以下步骤：

步骤一：原材料采购

首先需要采购开关电源生产所需的原材料，如电子元件、铜线、塑胶壳等。采购应该从可靠、有信誉的供应商进行，以确保材料的质量和供应的稳定性。

步骤二：元件组装

将采购到的电子元件按照设计要求进行组装。组装的过程中需要注意各个元件之间的连接方式和位置，确保组装的准确性和可靠性。

步骤三：焊接

将组装好的元件进行焊接。焊接是将元件之间连接起来的重要工艺步骤。焊接要求技术熟练，焊接点的质量直接关系到整个开关电源的性能和可靠性。

步骤四：贴片

将组装好的电路板进行贴片。贴片是将各种电子元件粘贴到电路板上的工艺步骤。贴片要求对各个元件的粘贴位置和定位进行精密控制，以确保电路板的质量和性能。

步骤五：线束连接

将焊接好的电子元件通过线束进行连接。线束是将各个元件之间进行电气连接的关键步骤，要求线束的设计和制作要符合电气安全标准，并且能够满足开关电源的工作要求。

步骤六：外壳组装

将包括开关电源电路板在内的各个组装部件进行外壳组装。外壳组装过程中需要注意组装的精确度和紧固力度，以确保外壳的安全和稳定性。

步骤七：测试与检验

对已组装好的开关电源进行测试和检验，确保其功能的正常和性能的可靠。测试和检验包括输入输出电压的测量、电路的稳定性检测等。

步骤八：包装与发货

对通过测试和检验的开关电源进行包装，并进行出货准备。包装过程中需要注意包装的安全和美观，确保产品在运输中不受损坏。

步骤九：售后服务

提供售后服务，包括对已出货的开关电源进行安装指导、维修、保养等。售后服务能够提高用户对产品的满意度，并促进产品的市场推广。

通过以上步骤，一个开关电源的生产工艺流程就完成了。每个步骤都需要严格控制质量，确保最终的产品达到设计要求和用户的需求。

一、工作原理

我们先熟悉一款开关电源的工作原理，该电源可输出5V电压，如图1所示。

1. 抗干扰电路

在电网输入端首先设置一个NTC5D-9负温度系数热敏电阻，作用是保护后面的整流桥，刚开机时热敏电阻处于冷态，阻值比较大，可以限制输入电流，正常工作时，电阻比较小。这样对开机时的浪涌电流起到有效的缓冲作用。

电容CY1、CY2、CY3、CY4用以滤除从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的不对称杂散信号，电容CX1、CX2用以滤除从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的对称杂散信号，用电感L1抑制从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的频率相同、相位相反的杂散干扰电流信号。

采用高频特性好的瓷片电容和铁芯电感，实现开关稳压电源电路中的高频辐射不污染工频电网和工频电网上的杂散电磁波不会窜入开关稳压电源电路中而干扰和影响其工作，对高频分量或工频的谐波分量具有急剧阻止通过功能，而对于几百赫兹以下的低频分量近似一条短路线。 图1 开关电源的工作原理图

2. 整流滤波电路

在电路中D1、D2、D3、D4组成全桥整流电路，把输入的交流电压进行全波整流，然后用C1进行滤波，最后变成直流输出供电电压，为后级的功率变换器供电，整流滤波后的电压约为300V。

3. UC3842供电与振荡

300V的脉动直流电压，此电压经R12降压后给C4充电，供电UC3842的7脚，当C4的电压达到UC3842的启动电压门槛值时，UC3842开始工作并提供驱动脉冲，由6脚输出推动开关管工作。一旦开关管工作，反馈绕组的能量经过D6整流，C4滤波，又供电到UC3842的7脚，这时可以不需要 R12的启动了。 C9、R11接UC3842的定时端，和内部电路构成振荡电路，振荡的工作频率计算为：

f=1.8/（Rt*Ct）

代入数据可计算工作频率：

f=68.18K

4. 稳压电路

该电路主要由精密稳压源T L 4 3 1 和线性光耦P C 8 1 7 组成， 假设输出电压↑ → 经过R 1 6 、R 1 9 、R20、RES3的取样电压↑→TL431的1脚电压↑，当该脚电压大于TL431的基准电压2.5V时，TL431的2、3脚导通，→通过光电耦合到UC3842的2脚，于是UC3842的6脚驱动脉冲的占空比↓→开关变压器T1绕组上的能量↓→输出电压↓，达到稳压作用；反之，假设输出电压下降，则稳压过程与上相反。