開關(guān)電源設(shè)計

開關(guān)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(shè)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(xué)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(chǔ)，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(dāng)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(shè)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(shè)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(chǔ)的看得懂圖紙的同學(xué)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(shù)。
基本的流程為：業(yè)務(wù)接單——提出客戶需求——研發(fā)Pilot樣機制作——EVT工程驗證——DVT設(shè)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(zhuǎn)MP——轉(zhuǎn)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(shè)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(dǎo)，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(guān)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(guān)人員組建項目團隊，確定項目總負責(zé)人，確定好負責(zé)人，然后就由負責(zé)人進行任務(wù)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(zé)人對產(chǎn)品的需求進行說明并列出個人預(yù)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(wù)就是設(shè)計出樣機；樣機制作也就是我們所說的開關(guān)電源設(shè)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(guān)人員對設(shè)計方案進行評審，評審?fù)ㄟ^后，對產(chǎn)品硬件原理圖進行初步繪制，針對關(guān)鍵電路進行驗證測試。接下來就是元器件的選擇，當(dāng)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(guān)電源來講，可以簡單的分為以下幾個步驟：設(shè)計輸入條件——選擇拓撲結(jié)構(gòu)及控制芯片——反饋控制電路設(shè)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(guān)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(dāng)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(dāng)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(shè)計好了，接下來就要看一下結(jié)構(gòu)，我們要考慮散熱片高度，絕緣片的選擇，外殼形狀設(shè)計等等，這些屬于結(jié)構(gòu)工程師，一般使用的軟件為CAD。
接著就是EMI傳導(dǎo)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(nèi)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(dǎo)，測試部輔助，測試過程中對應(yīng)的測試報告存檔留底，測試部測試驗證軟件、硬件、結(jié)構(gòu)都需要符合要求或者出現(xiàn)的問題與硬件無關(guān)，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(yīng)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(jié)構(gòu)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(dǎo)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(shè)計生產(chǎn)的環(huán)就形成了，可以用下圖來表示：