开关电源设计

开关电源分析

前两天收到一份特别的留言，问的不是电源知识，而是设计电源的流程，留言的盆友说今年毕业，看好电源的发展前景，准备进入电源行业做硬件研发工作，但是之前在学校里偶尔做做实验也是为了交作业而已，对于硬件有一定的基础，但是不知道公司的硬件研发工程师需要怎么做。
其实研发最主要靠的是经验累计，当然做每一件事情都是有一个流程的，硬件研发也不例外。
首先你要设计一个产品，那么一定是有客户需求，那么你就要根据客户的需求来设计电源，其中包含两种情况，一种是客户需要的产品你可以通过原有的产品进行衍生，这种就比较简单了，你只需要对某些元器件进行修改校正，相信有一定的电源基础的看得懂图纸的同学都可以多多少少可以做到；另一种那就是开发全新的产品，这种产品的周期就需要比较长，也是最考验工程师的技术。
基本的流程为：业务接单——提出客户需求——研发Pilot样机制作——EVT工程验证——DVT设计验证——交予客户验证——PVT试制——交予客户最终验证——客户下订单——产线小批量试产——工程研发追踪解决问题——提出解决方案——工程验证方案——出具报告Piolt report评估是否能转MP——转MP量产
硬件研发主要包含4个大的模块：产品立项、启动、规划、设计。
产品立项主要包含5个方面，分别为：确认产品定位、市场分析、竞品分析、可行性分析和立项评审。
产品立项之前需要确认产品定位，客户需求，市场需求，竞品优劣等环节，然后由市场部门进行主导，研发部门根据需求做出可行性分析，然后提出研发建议，随后由市场部召集相关人员进行立项评审，评审过后就可以进入启动阶段。
产品启动主要包含两个：组建项目团队和召开项目启动会议。
产品立项后，由研发团队相关人员组建项目团队，确定项目总负责人，确定好负责人，然后就由负责人进行任务分配，也就进入到产品规划的阶段。     
产品规划，主要是由项目总负责人对产品的需求进行说明并列出个人预计完成的时间表，并对进度计划书进行审核。
项目启动后会议，硬件工程师的任务就是设计出样机；样机制作也就是我们所说的开关电源设计，制作样机第一步就是对产品硬件方案进行初步确认，然后召集相关人员对设计方案进行评审，评审通过后，对产品硬件原理图进行初步绘制，针对关键电路进行验证测试。接下来就是元器件的选择，当然首先我们要考虑的就是库存呆料的消耗；我们就拿简单的反激式开关电源来讲，可以简单的分为以下几个步骤：设计输入条件——选择拓扑结构及控制芯片——反馈控制电路设计——输入储存电容计算——反射电源Vor确定——变压器源边电流计算——变压器磁芯选择，匝数匝比，源边感量，线径及绕组排列——开关MOS管选择——输出整流二极管选择——输出滤波电路——输入整流桥——输出电容及滤波电感电容计算，完成这些后，你就相当于画出了电源的原理图。
下一步就是PCB layout，我们目前最常用的软件是AD，画图也有一些注意的事情，比如电源线尽量走粗线，这个可以提供大电流，我一般使用20~50mil；电源过孔和地线过孔尽量比信号孔要大一点；走线尽量走短线；芯片供电电源的滤波电容尽量靠近芯片；当然还有很多会注意事项，这里就不一一列出了。
电子方面的设计好了，接下来就要看一下结构，我们要考虑散热片高度，绝缘片的选择，外壳形状设计等等，这些属于结构工程师，一般使用的软件为CAD。
接着就是EMI传导辐射等安规认证申请；QE验证。
完成这些后，就要开始工程文件编制受控。
完成这些后，将电源组装进入第一轮内部测试，测试通过后，交由测试部进行验证测试，该过程由研发硬件主导，测试部辅助，测试过程中对应的测试报告存档留底，测试部测试验证软件、硬件、结构都需要符合要求或者出现的问题与硬件无关，则研发硬件工程师则可以发起小批量试制，试制出来的样机则交于测试部门进行详细验证测试并输出相应的测试报告。
测试部要根据产品多次软硬件的测试情况，最终确定产品是否可以发布试产，产品发布时研发部门必须提供给工厂以下资料：原理图文件、PCB文件、BOM清单、元器件贴片位号及参数、拼版文件。
工厂工程部拿到文件后，首先验证产品电子性能，结构合理性，工厂是否有能力做出产品，然后对工艺流程进行梳理，排出工艺流程图，做出作业指导书，列出工装制作清单，采购对物料进行下单购买，做好充足的前期准备工作。
待物料齐全后，对PCB板进行贴片过回流焊，插件过波峰焊，补焊维修剪脚作业，目检，基本功能测试，组装，二次测试，老化，全部功能检测，包装，入库。
工厂工程师根据试产中出现的问题给出有效的解决方案及后续修改方案。
这样一个电源设计生产的环就形成了，可以用下图来表示：

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