開關(guān)電源設(shè)計(jì)

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(shí)，而是設(shè)計(jì)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(zhǔn)備進(jìn)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(shí)驗(yàn)也是為了交作業(yè)而已，對(duì)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(shí)研發(fā)最主要靠的是經(jīng)驗(yàn)累計(jì)，當(dāng)然做每一件事情都是有一個(gè)流程的，硬件研發(fā)也不例外。
首先你要設(shè)計(jì)一個(gè)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(jì)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(jìn)行衍生，這種就比較簡(jiǎn)單了，你只需要對(duì)某些元器件進(jìn)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(zhǎng)，也是最考驗(yàn)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(jī)制作——EVT工程驗(yàn)證——DVT設(shè)計(jì)驗(yàn)證——交予客戶驗(yàn)證——PVT試制——交予客戶最終驗(yàn)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(yàn)證方案——出具報(bào)告Piolt report評(píng)估是否能轉(zhuǎn)MP——轉(zhuǎn)MP量產(chǎn)
硬件研發(fā)主要包含4個(gè)大的模塊：產(chǎn)品立項(xiàng)、啟動(dòng)、規(guī)劃、設(shè)計(jì)。
產(chǎn)品立項(xiàng)主要包含5個(gè)方面，分別為：確認(rèn)產(chǎn)品定位、市場(chǎng)分析、競(jìng)品分析、可行性分析和立項(xiàng)評(píng)審。
產(chǎn)品立項(xiàng)之前需要確認(rèn)產(chǎn)品定位，客戶需求，市場(chǎng)需求，競(jìng)品優(yōu)劣等環(huán)節(jié)，然后由市場(chǎng)部門進(jìn)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(chǎng)部召集相關(guān)人員進(jìn)行立項(xiàng)評(píng)審，評(píng)審過后就可以進(jìn)入啟動(dòng)階段。
產(chǎn)品啟動(dòng)主要包含兩個(gè)：組建項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)和召開項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)議。
產(chǎn)品立項(xiàng)后，由研發(fā)團(tuán)隊(duì)相關(guān)人員組建項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，確定項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人，確定好負(fù)責(zé)人，然后就由負(fù)責(zé)人進(jìn)行任務(wù)分配，也就進(jìn)入到產(chǎn)品規(guī)劃的階段。     
產(chǎn)品規(guī)劃，主要是由項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人對(duì)產(chǎn)品的需求進(jìn)行說明并列出個(gè)人預(yù)計(jì)完成的時(shí)間表，并對(duì)進(jìn)度計(jì)劃書進(jìn)行審核。
項(xiàng)目啟動(dòng)后會(huì)議，硬件工程師的任務(wù)就是設(shè)計(jì)出樣機(jī)；樣機(jī)制作也就是我們所說的開關(guān)電源設(shè)計(jì)，制作樣機(jī)第一步就是對(duì)產(chǎn)品硬件方案進(jìn)行初步確認(rèn)，然后召集相關(guān)人員對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)審，評(píng)審?fù)ㄟ^后，對(duì)產(chǎn)品硬件原理圖進(jìn)行初步繪制，針對(duì)關(guān)鍵電路進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)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(kù)存呆料的消耗；我們就拿簡(jiǎn)單的反激式開關(guān)電源來講，可以簡(jiǎn)單的分為以下幾個(gè)步驟：設(shè)計(jì)輸入條件——選擇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制芯片——反饋控制電路設(shè)計(jì)——輸入儲(chǔ)存電容計(jì)算——反射電源Vor確定——變壓器源邊電流計(jì)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(jì)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(gè)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(hào)孔要大一點(diǎn)；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(huì)注意事項(xiàng)，這里就不一一列出了。
電子方面的設(shè)計(jì)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(jì)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(rèn)證申請(qǐng)；QE驗(yàn)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(jìn)入第一輪內(nèi)部測(cè)試，測(cè)試通過后，交由測(cè)試部進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試，該過程由研發(fā)硬件主導(dǎo)，測(cè)試部輔助，測(cè)試過程中對(duì)應(yīng)的測(cè)試報(bào)告存檔留底，測(cè)試部測(cè)試驗(yàn)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(jī)則交于測(cè)試部門進(jìn)行詳細(xì)驗(yàn)證測(cè)試并輸出相應(yīng)的測(cè)試報(bào)告。
測(cè)試部要根據(jù)產(chǎn)品多次軟硬件的測(cè)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(shí)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(hào)及參數(shù)、拼版文件。
工廠工程部拿到文件后，首先驗(yàn)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(duì)工藝流程進(jìn)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(gòu)對(duì)物料進(jìn)行下單購(gòu)買，做好充足的前期準(zhǔn)備工作。
待物料齊全后，對(duì)PCB板進(jìn)行貼片過回流焊，插件過波峰焊，補(bǔ)焊維修剪腳作業(yè)，目檢，基本功能測(cè)試，組裝，二次測(cè)試，老化，全部功能檢測(cè)，包裝，入庫(kù)。
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(gè)電源設(shè)計(jì)生產(chǎn)的環(huán)就形成了，可以用下圖來表示：