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详解一步一步设计开关电源(已完结,附调试步骤图示)

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Sinican
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  • 2013-9-26 16:15:37
针对开关电源很多人觉得难,主要是理论与实践相结合;万事开头难,我在这里只能算抛砖引玉,慢慢讲解如何设计,有任何技术问题可以随时打断,我将尽力来进行解答。
设计一款开关电源并不难,难就难在做精;我也不是一个很精熟的工程师,只能算一个领路人。希望大家喜欢
大家一起努力!!
西查比
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初级工程师
  • 2013-9-26 16:23:24
 
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haowen
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  • 2013-11-25 14:54:57
 
来学习的
long223349
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  • 2014-11-2 19:21:58
 
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long223349
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高级工程师
  • 2014-11-2 22:20:27
 
#广告已删除#
Sinican
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副总工程师
  • 2013-9-26 16:56:37
 
开关电源设计的第一步就是看规格,具体的很多人都有接触过;也可以提出来供大家参考,我帮忙分析。
我只带大家设计一款宽范围输入的, 12V2A 的常规隔离开关电源
1. 首先确定功率,根据具体要求来选择相应的拓扑结构;这样的一个开关电源多选择反激式(flyback) 基本上可以满足要求
备注一个,在这里我会更多的选择是经验公式来计算,有需要分析的,可以拿出来再讨论

c58
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  • 2013-9-26 16:59:32
 
反激计算时有几个值不是估算出来么?比如反射电压,效率,这个有什么讲究??


最好设计个DCM模式的。。比CCM复杂些。。


本人新手。跟着老大学习。。。
Sinican
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副总工程师
  • 2013-9-26 17:19:13
 
效率要先估算,而且这个估值要合理
反射电压是可计算的 (Vo+Vf +Vr) * Np/Ns
Vo: 输出电压
Vf: 整流二极管上的正向压降
Vr: 输出绕组的 ESR
Np/Ns : 就是匝比
因为我们在选择 MOSFET 耐压时,是必须要算的

c58
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  • 2013-9-26 17:32:28
 
匝比不是根据反射电压求得么?



Sinican
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  • 2013-9-27 10:47:30
 
这是谁说的?

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  • 2013-9-27 11:03:48
 
我在文档上看的,不根据反射电压,您如何求出匝比的?
Sinican
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  • 2013-9-27 11:05:16
 
看连载吧!!
c58
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  • 2013-9-27 11:06:19
 
你说说你怎么求得,我不信你不先确定反射电压就能求出匝比。。
batteryli
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  • 2013-9-27 11:09:13
 
先确定占空比再求匝比,并核算Vmos。
c58
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  • 2013-9-27 11:14:24
 
DCM,确定占空比之后你怎么求匝比?
batteryli
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副总工程师
  • 2013-9-27 12:01:45
 
Vo=nVi*D/Dd
Dd为肖磁占空比。
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  • 2013-9-27 13:15:56
 
你这个Vo不就是反射电压么。。不也是先确定Vo,才求n么??
batteryli
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  • 2013-9-27 13:32:50
 
Vo是输出电压,Vor是反射电压。
c58
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  • 2013-9-27 14:00:12
 
消磁占空比你的根据反射电压求。。


所以你还的先确定Vor!
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  • 2013-9-27 14:03:59
 
你这个公式也错了,n应该在下面。。
batteryli
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  • 2013-9-27 17:04:38
 
,我故意的。

n=男/女,反过来也可以。
你做过PSR-DCM的的就知道,Dd值是个很重要的值。
batteryli
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副总工程师
  • 2013-9-27 17:09:13
 


c58
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高级工程师
  • 2013-9-27 17:32:44
 
你就说先有匝比还是先有Vor??如果先有匝比,匝比如果计算出来。。。你上面的消磁占空比再不知道Vor的情况下如何求出来的??


话说楼主哪去了?
batteryli
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  • 2013-9-27 18:09:45
 
房主都不来看一眼,你急了吧:
兄弟你做过PSR小功率的电源嘛,像PI60X,明微7523,晶丰3122,美心晟7953这些,都会有这种设计方法的嘛。
THTTH1982
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  • 2013-11-16 09:34:44
 
VOR是可以根据MOS的余量来定的,不管你怎么定,600V的管子,你总不可以定600V的VOR吧
myzeng2013
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高级工程师
  • 2013-11-29 15:40:36
 
我理解你的意思了
你是想通过先确认反射电压VOR
D=vor/(vor+vin)
进一步确定占空比吗?
这个确实是一个很重要的步骤一般宽压根据相关文献可以取100~135v 。
总之反激变压器就是VOR+VINMAX+余量各种搞到一起不能超过你的漏极耐压差不多了。
此刻确认出来的D 还需要进一步验证。
Sinican
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副总工程师
  • 2013-11-29 16:05:51
 
正解,这是正常的计算步骤!
这样我们才能选 MOS 的电压,通过 Ipeak 来选 电流

THTTH1982
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  • 2013-11-16 09:35:28
 
你这个N.不等于"嗯"
cxb1982
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  • 2014-1-3 17:25:53
 
何总 好幽默啊
一花一天堂
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副总工程师
  • 2014-3-13 17:05:43
 
c58
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  • 2013-9-27 11:18:13
 
CCM也是确定占空比,之后根据伏秒平衡VonD=Vor(1-D)---求出Vor---确定匝比。。。。
裴进
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本网技师
  • 2014-3-2 21:39:42
 
VonD=Vor(1-D)你这公式有问题吧。应该是vin*D=Vo(1-D)。
myzeng2013
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高级工程师
  • 2014-3-18 11:18:58
 
公式是对的,建议看下伏秒平衡的本质,你VO是输出,要么折射次级要么折射初级 ,不然不是一码事。
sachiewang
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高级工程师
  • 2017-12-6 11:31:42
  • 倒数9
 
反射电压指的是什么?
c58
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高级工程师
  • 2013-9-27 11:19:17
 
应该是根据你的mos确定你的Vor,,你怎么倒着来呢??
batteryli
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  • 2013-9-27 12:02:21
 
可能是房主喜欢倒着来吧,
Sinican
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副总工程师
  • 2013-10-15 15:36:25
 
昨天看了贴子,看到了一个系列公式与你说的很相同,咋一看,觉得很巧妙;但实际上一分析发现是错误的
方便将你的公式拿出来展示一下?

oyang314
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高级工程师
  • 2013-12-25 10:24:21
 
知道占空比不也知道反射电压了吗
hellbaron2008
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副总工程师
  • 2015-11-28 13:16:59
 
我感觉设计电源,有好多种方法的,没有什么是必须的。就跟科学解释不了的现象,很难说的...
led公子
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  • 2013-12-11 08:12:47
 
这个说法从哪里看来的 ?
云水游
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  • 2013-9-26 17:58:18
 
效率怎么估算才合理?
Sinican
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副总工程师
  • 2013-9-27 11:00:30
 
自己看合理就OK了
12V 估 80% 就差不多了,如果看到坛里某些人,标称 95%+ 或 90%+,你就跟着这样设定,就是不合理的


有很多人是做 艺术品 的,而我们实际是做 批量产品 的,计算还是要选一个合理的,当合理的验证成立以后,我们再在合理的 批量产品 基础上,去向专家们做 艺术品

oyang314
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高级工程师
  • 2013-12-25 10:27:53
 
至少也得要标称效率以上吧
祭夕雪
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高级工程师
  • 2013-9-27 15:28:40
 
DCM模式下,反激变态器次级峰值电流怎么算的?看了下有四五种公式!你用的什么什么?
Sinican
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副总工程师
  • 2013-9-30 10:29:10
 
Ipk = 4* Iav
Iav = Pin/Vin(min)
可观注连载中的内容

Sinican
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副总工程师
  • 2013-10-15 15:41:27
 
补充一下图给大家参考,这里仅用 DCM 的一个波形图来代表,CCM 也可以这样来分析


jindongzhe
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本网技师
  • 2013-10-30 10:08:28
 
请问下大虾Ipk = 4* Iav是怎么算出来的,我怎么算不出来?
Sinican
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副总工程师
  • 2013-10-30 10:50:40
 
这是一个大约值,你根据上面的面积等效可以推出来
计算也可以慢慢地去推导
shaoniananma
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高级工程师
  • 2013-11-22 16:50:59
 
这是极限条件下的等式,
T*Iav=1/2*Ton*Ipk
Ipk=2/D*Iav
当D取极限值0.5的时候,Ipk=4Iav
Sinican
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  • 2013-11-22 17:52:06
 
你理解的很对,是这样的思路
led公子
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高级工程师
  • 2013-12-11 08:13:29
 
极限条件是指什么? 电压和电流和功率的最大值吗?
MUSONIC
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本网技师
  • 2017-3-7 20:00:49
 
极限条件就是占空比50%
curt
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  • 2013-11-17 19:27:51
 
请问这用的什么软件处理的呢?
THTTH1982
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版主
  • 2013-11-18 08:59:44
 
用理论也可推导,
curt
  • curt
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高级工程师
  • 2013-11-18 11:59:14
 
在DCM模式下,关于初级的峰值电流与平均电流之间的关系,把占空比加上去会更加清晰一点。


反激变换器占空比最大接近50%,初级最大峰值电流最大接近4倍的平均电流。
Sinican
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副总工程师
  • 2013-11-18 15:46:57
 
CCM 下, Ipeak 会变低,同样也可以用等效面积方式来计算的


省去了,记更多的复杂公式
shaoniananma
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高级工程师
  • 2013-11-22 12:55:55
 
顶!说的比较有道理
led公子
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高级工程师
  • 2013-12-11 08:13:58
 
想问下, 为什么是4倍
Sinican
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副总工程师
  • 2013-11-18 15:45:29
 
microsoft 画图 + power point

myzeng2013
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高级工程师
  • 2014-3-18 11:25:10
 
大师 这里的Iav 是输入平均电流,是流过开关,至于流过电感的平局电流应该是IAV/D吧,这个学名应该叫初级测斜波中心值吧。
Sinican
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LV8
副总工程师
  • 2014-3-18 14:38:09
 
真没想过这么高深
就是同等时间内,积分面积应该相等;
liang099
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高级工程师
  • 2013-10-26 14:33:30
 
大神你好
我见过(Vo+Vf)*NP/NS Vr输出绕组的阻抗这值怎么来的 怎么取。
Sinican
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LV8
副总工程师
  • 2013-10-28 11:59:04
 
这个是计算 反射电压的,原则上如果算绕组阻抗的话,需要将绕组的压降也应该放进去,如果考虑输出绕组的阻抗,还需要加 0.5V 进去







cxb1982
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高级工程师
  • 2014-1-5 22:30:29
 
VR是次级的ESR是什么意思?可以说详细点吗
Sinican
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LV8
副总工程师
  • 2014-5-12 17:14:49
 
这个是指,绕组铜线产生的等效电阻,所产生的压降

你可以理解为新的干电池,输出是 1.5V(此时电池内阻很小,忽略), 当使用一段时间后,它为什么输出电压会降低呢?因为内阻增大了,消耗了电压
leopold_qu
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LV3
助理工程师
  • 2014-5-12 13:05:32
 
(Vo+Vf +Vr) 这三个电压相加可以理解为变压器次级输出电压的吗?
Vr为绕组的ESR怎么理解?
Sinican
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LV8
副总工程师
  • 2014-5-12 17:11:14
 
Vr 为绕组上的内阻所消耗的电压
你可以这样理解:
当变压器次级的电压,减去一个内阻所消耗的电压以及整流二极管上的压降,就等于输出电压
leopold_qu
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LV3
助理工程师
  • 2014-6-7 12:03:38
 
哦,谢谢 ,明白了!
那如果针对正激的,是不是电源输出电压为,变压器次级电压,减去一个内阻消耗电压及整流二极管上的压降,再减去一个,储能电感上面的压降的。
变压器输出电压=Vo+Vr+Vd+VL
Vo为电源办理出电压
Vr变压器绕组消耗电压
Vd整流二极管压降
VL,储能电感压降
可以这样精确计算的吧!
gcp2016
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LV4
初级工程师
  • 2018-5-2 12:02:53
  • 倒数4
 
LZ:ESR的计算公式是什么?
batteryli
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LV8
副总工程师
  • 2013-9-26 18:35:19
 
我很想知道如何提高电源的效率,为什么,总有人做的电源比自己的效率高,原因是什么。
Sinican
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LV8
副总工程师
  • 2013-9-27 10:48:41
 
提高效率的方法有很多
但前提是要让电源稳定,可靠工作的基础上才考虑的
牛角
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LV6
高级工程师
  • 2013-9-26 19:53:22
 
搬凳子,来学习,楼主继续,支持.
Sinican
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LV8
副总工程师
  • 2013-9-27 11:01:00
 
共同学习,共同交流

batteryli
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LV8
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  • 2013-9-26 20:06:47
 

Sinican
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LV8
副总工程师
  • 2013-9-27 11:15:07
 
这个公式我第一次见,没有去验证,与本贴主题太远,暂不能给你太多建议



batteryli
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LV8
副总工程师
  • 2013-9-27 12:04:40
 
Sinican
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LV8
副总工程师
  • 2013-9-27 10:36:01
 
2.当我们确定用 flyback 拓扑进行设计以后,我们需要选择相应的PWM IC 和 MOS 来进行初步的电路原理图设计(sch)
无论是选择采用分立式的还是集成的都可以自己考虑。对里面的计算我还会进行分解
分立式:PWM IC 与 MOS 是分开的,这种优点是功率可以自由搭配,缺点是设计和调试的周期会变长(仅从设计角度来说)
集成式:就是将 PWM IC 与 MOS 集成在一个封装里,省去设计者很多的计算和调试分步,适合于刚入门或快速开发的环境

Sinican
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LV8
副总工程师
  • 2013-9-27 10:40:32
 
3. 确定所选择的芯片以后,开始做原理图(sch),在这里我选用 ST VIPer53DIP(集成了MOS) 进行设计,原因为何(因为我们是销售这一颗芯片的)?
设计之前最好都先看一下相应的 datasheet,自己确认一下简单的参数
无论是选用 PI 的集成,或384x 或 OB LD 等分立的都需要参考一下 datasheet
一般 datasheet 里都会附有简单的电路原理图,这些原理图是我们的设计依据

frankhu
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LV6
高级工程师
  • 2013-9-27 13:24:48
 
学习了,讲的很好
qq409034866
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LV6
高级工程师
  • 2013-9-27 13:44:29
 
啥都没讲,不知道详解在哪里,大街上都是这样的过程。是不是在打广告
batteryli
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LV8
副总工程师
  • 2013-9-27 13:51:28
 
你想听啥讲,提出来跟房主说说啊,如果你都会了,可能是你已经越过这个阶段 ,有更高深的问题了,不是在这贴里讨论的了的了。
qq409034866
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LV6
高级工程师
  • 2013-9-27 14:27:05
 
就上面看到你跟C58说的VOR跟占空比。是先假定VOR求占空比,还是先假定占空比求VOR。哪种做法好呢?房主实际设计中是怎么处理的呢?取值经验值多少呢?为什么经验值是这个数据呢?
Sinican
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LV8
副总工程师
  • 2013-9-27 14:46:44
 
其实我也没怎么取,都是根据书本知识开始的,只不过依据自己的经验,将之不必要的东西经验化而已,省去推来推去的麻烦
maybe 每个刚一入阶的都会,甚至都不屑;anyway,依据这些我可以保证各位刚入阶的,或者已经进阶,甚至高阶的,都可以做出一个 正常工作的实物出来,这就是我的初衷
相信这样,总比徘徊在门外的要实际一些


let's go on ... ...
batteryli
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LV8
副总工程师
  • 2013-9-27 17:24:22
 
小弟也整过好几款DCM-PSR小功率电源。
开关电源在相当大的参数范围内都可以正常工作,而且没有明显的差异,你把感量取到0.8,1、1.5、2都可以,或你把匝比取到0.2,0.25,0.3也行,都是可以调到正常工作的,但是,为什么偏偏用这个参数而不用那个参数呢?原因在于变压器的绕法:你要费尽心思去把原、次边绕满整层,这就要不断地调整线径、圈数(匝比)并核算Vmos,Bmax,Dmax,Dd这些参数是否在器件规格之内。这样你会无奈地发现,只有一种参数是合理可行。
为什么要绕满,一是耦合良好(PSR需求)、二是变压器平整、三是EMC有正面作用,当然你也可以乱绕,各种绕,以采用随意的电源参数,也没人说不好。看个个习惯吧。
Sinican
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LV8
副总工程师
  • 2013-9-27 14:36:34
 
哇,你太聪明了~~~ 你已经跳阶了

Sinican
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LV8
副总工程师
  • 2013-9-27 14:28:39
 
4. 当我们将原理图完成以后,需要确定相应的参数才能进入下一步 PCB Layout
当然不同的公司不同的流程,我们需要遵守相应的流程,养成一个良好的设计习惯,这一步可能会有初步评估,原理图确认,等等,签核完毕后就可以进行计算了
先附上相应的原理图

mwnn
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LV3
助理工程师
  • 2013-10-17 18:45:44
 
楼主,你这个电路图没有加热敏电阻,不加热敏电阻可以吗?
Sinican
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LV8
副总工程师
  • 2013-10-21 11:01:55
 
NTC 的添加主要看实际电路的需求
比如开机冲击电流要求比较苛刻的条件下,添加 NTC 是必要的;普通条件下,共模电感本身就可以做电抗器用

led公子
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LV6
高级工程师
  • 2013-12-11 08:15:14
 
NTC在什么情况下会造成损坏呢?
是不是电源非常热的时候?
具体是什么原理造成损坏的呢?
Sinican
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LV8
副总工程师
  • 2015-7-16 08:50:46
 
NTC 是负温系数电阻
上电的瞬态,前级滤波电解充电,而此时相当于短路状态(理想模式),电流那是相当的大
而此时 NTC 因为零功率,表现为初值阻态,从而保护回路中的其它元器件,免受大电流冲击(当然由于阻抗的原因,冲击电流也会下降了);
随着进入正常工作状态,NTC 会有电流通过(功率)产生热量,它的阻抗下降,从而降低其在回路中的功率损耗


从上表述中,应该可以分析 NTC 会在什么情况下损坏了吧?
yaoliwei
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高级工程师
  • 2015-7-15 14:33: