開關電源設計

開關電源分析

前兩天收到一份特別的留言，問的不是電源知識，而是設計電源的流程，留言的盆友說今年畢業(yè)，看好電源的發(fā)展前景，準備進入電源行業(yè)做硬件研發(fā)工作，但是之前在學校里偶爾做做實驗也是為了交作業(yè)而已，對于硬件有一定的基礎，但是不知道公司的硬件研發(fā)工程師需要怎么做。
其實研發(fā)最主要靠的是經(jīng)驗累計，當然做每一件事情都是有一個流程的，硬件研發(fā)也不例外。
首先你要設計一個產(chǎn)品，那么一定是有客戶需求，那么你就要根據(jù)客戶的需求來設計電源，其中包含兩種情況，一種是客戶需要的產(chǎn)品你可以通過原有的產(chǎn)品進行衍生，這種就比較簡單了，你只需要對某些元器件進行修改校正，相信有一定的電源基礎的看得懂圖紙的同學都可以多多少少可以做到；另一種那就是開發(fā)全新的產(chǎn)品，這種產(chǎn)品的周期就需要比較長，也是最考驗工程師的技術。
基本的流程為：業(yè)務接單——提出客戶需求——研發(fā)Pilot樣機制作——EVT工程驗證——DVT設計驗證——交予客戶驗證——PVT試制——交予客戶最終驗證——客戶下訂單——產(chǎn)線小批量試產(chǎn)——工程研發(fā)追蹤解決問題——提出解決方案——工程驗證方案——出具報告Piolt report評估是否能轉MP——轉MP量產(chǎn)
硬件研發(fā)主要包含4個大的模塊：產(chǎn)品立項、啟動、規(guī)劃、設計。
產(chǎn)品立項主要包含5個方面，分別為：確認產(chǎn)品定位、市場分析、競品分析、可行性分析和立項評審。
產(chǎn)品立項之前需要確認產(chǎn)品定位，客戶需求，市場需求，競品優(yōu)劣等環(huán)節(jié)，然后由市場部門進行主導，研發(fā)部門根據(jù)需求做出可行性分析，然后提出研發(fā)建議，隨后由市場部召集相關人員進行立項評審，評審過后就可以進入啟動階段。
產(chǎn)品啟動主要包含兩個：組建項目團隊和召開項目啟動會議。
產(chǎn)品立項后，由研發(fā)團隊相關人員組建項目團隊，確定項目總負責人，確定好負責人，然后就由負責人進行任務分配，也就進入到產(chǎn)品規(guī)劃的階段。     
產(chǎn)品規(guī)劃，主要是由項目總負責人對產(chǎn)品的需求進行說明并列出個人預計完成的時間表，并對進度計劃書進行審核。
項目啟動后會議，硬件工程師的任務就是設計出樣機；樣機制作也就是我們所說的開關電源設計，制作樣機第一步就是對產(chǎn)品硬件方案進行初步確認，然后召集相關人員對設計方案進行評審，評審通過后，對產(chǎn)品硬件原理圖進行初步繪制，針對關鍵電路進行驗證測試。接下來就是元器件的選擇，當然首先我們要考慮的就是庫存呆料的消耗；我們就拿簡單的反激式開關電源來講，可以簡單的分為以下幾個步驟：設計輸入條件——選擇拓撲結構及控制芯片——反饋控制電路設計——輸入儲存電容計算——反射電源Vor確定——變壓器源邊電流計算——變壓器磁芯選擇，匝數(shù)匝比，源邊感量，線徑及繞組排列——開關MOS管選擇——輸出整流二極管選擇——輸出濾波電路——輸入整流橋——輸出電容及濾波電感電容計算，完成這些后，你就相當于畫出了電源的原理圖。
下一步就是PCB layout，我們目前最常用的軟件是AD，畫圖也有一些注意的事情，比如電源線盡量走粗線，這個可以提供大電流，我一般使用20~50mil；電源過孔和地線過孔盡量比信號孔要大一點；走線盡量走短線；芯片供電電源的濾波電容盡量靠近芯片；當然還有很多會注意事項，這里就不一一列出了。
電子方面的設計好了，接下來就要看一下結構，我們要考慮散熱片高度，絕緣片的選擇，外殼形狀設計等等，這些屬于結構工程師，一般使用的軟件為CAD。
接著就是EMI傳導輻射等安規(guī)認證申請；QE驗證。
完成這些后，就要開始工程文件編制受控。
完成這些后，將電源組裝進入第一輪內部測試，測試通過后，交由測試部進行驗證測試，該過程由研發(fā)硬件主導，測試部輔助，測試過程中對應的測試報告存檔留底，測試部測試驗證軟件、硬件、結構都需要符合要求或者出現(xiàn)的問題與硬件無關，則研發(fā)硬件工程師則可以發(fā)起小批量試制，試制出來的樣機則交于測試部門進行詳細驗證測試并輸出相應的測試報告。
測試部要根據(jù)產(chǎn)品多次軟硬件的測試情況，最終確定產(chǎn)品是否可以發(fā)布試產(chǎn)，產(chǎn)品發(fā)布時研發(fā)部門必須提供給工廠以下資料：原理圖文件、PCB文件、BOM清單、元器件貼片位號及參數(shù)、拼版文件。
工廠工程部拿到文件后，首先驗證產(chǎn)品電子性能，結構合理性，工廠是否有能力做出產(chǎn)品，然后對工藝流程進行梳理，排出工藝流程圖，做出作業(yè)指導書，列出工裝制作清單，采購對物料進行下單購買，做好充足的前期準備工作。
待物料齊全后，對PCB板進行貼片過回流焊，插件過波峰焊，補焊維修剪腳作業(yè)，目檢，基本功能測試，組裝，二次測試，老化，全部功能檢測，包裝，入庫。
工廠工程師根據(jù)試產(chǎn)中出現(xiàn)的問題給出有效的解決方案及后續(xù)修改方案。
這樣一個電源設計生產(chǎn)的環(huán)就形成了，可以用下圖來表示：