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開關(guān)電源設(shè)計(jì)及過(guò)程概述

作者: 時(shí)間:2016-12-07 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

00V)或BYT42M(1A/1000V),兩者主要差異:

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201612/327325.htm

  1. 耐壓不同(在此處使用差異無(wú)所謂)

  2. VF不同(FR105=1.2V,BYT42M=1.4V)

  3.3.10 R10(輔助電源電阻):

  主要用於調(diào)整PWM IC的VCC電壓,以目前使用的3843而言,設(shè)計(jì)時(shí)VCC必須大於8.4V(Min. Load時(shí)),但為考慮輸出短路的情況,VCC電壓不可設(shè)計(jì)的太高,以免當(dāng)輸出短路時(shí)不保護(hù)(或輸入瓦數(shù)過(guò)大)。

  3.3.11 C7(濾波電容):

  輔助電源的濾波電容,提供PWM IC較穩(wěn)定的直流電壓,一般使用100uf/25V電容。

  3.3.12 Z1(Zener 二極體):

  當(dāng)回授失效時(shí)的保護(hù)電路,回授失效時(shí)輸出電壓沖高,輔助電源電壓相對(duì)提高,此時(shí)若沒(méi)有保護(hù)電路,可能會(huì)造成零件損壞,若在3843 VCC與3843 Pin3腳之間加一個(gè)Zener Diode,當(dāng)回授失效時(shí)Zener Diode會(huì)崩潰,使得Pin3腳提前到達(dá)1V,以此可限制輸出電壓,達(dá)到保護(hù)零件的目的。Z1值的大小取決於輔助電源的高低,Z1的決定亦須考慮是否超過(guò)Q1的VGS耐壓值,原則上使用公司的現(xiàn)有料(一般使用1/2W即可)。  3.3.13 R2(啟動(dòng)電阻):

  提供3843第一次啟動(dòng)的路徑,第一次啟動(dòng)時(shí)透過(guò)R2對(duì)C7充電,以提供3843 VCC所需的電壓,R2阻值較大時(shí),turn on的時(shí)間較長(zhǎng),但短路時(shí)Pin瓦數(shù)較小,R2阻值較小時(shí),turn on的時(shí)間較短,短路時(shí)Pin瓦數(shù)較大,一般使用220KΩ/2W M.O

  3.3.14 R4 (Line Compensation):

  高、低壓補(bǔ)償用,使3843 Pin3腳在90V/47Hz及264V/63Hz接近一致(一般使用750KΩ~1.5MΩ 1/4W之間)。

  3.3.15 R3,C6,D1 (Snubber):

  此三個(gè)零件組成Snubber,調(diào)整Snubber的目的:1.當(dāng)Q1 off瞬間會(huì)有Spike產(chǎn)生,調(diào)整Snubber可以確保Spike不會(huì)超過(guò)Q1的耐壓值,2.調(diào)整Snubber可改善EMI.一般而言,D1使用1N4007(1A/1000V)EMI特性會(huì)較好。R3使用2W M.O.電阻,C6的耐壓值以兩端實(shí)際壓差為準(zhǔn)(一般使用耐壓500V的陶質(zhì)電容)。

  3.3.16 Q1(N-MOS):

  目前常使用的為3A/600V及6A/600V兩種,6A/600V的RDS(ON)較3A/600V小,所以溫昇會(huì)較低,若IDS電流未超過(guò)3A,應(yīng)該先以3A/600V為考量,并以溫昇記錄來(lái)驗(yàn)證,因?yàn)?A/600V的價(jià)格高於3A/600V許多,Q1的使用亦需考慮VDS是否超過(guò)額定值。

  3.3.17 R8:

  R8的作用在保護(hù)Q1,避免Q1呈現(xiàn)浮接狀態(tài)。

  3.3.18 R7(Rs電阻):

  3843 Pin3腳電壓最高為1V,R7的大小須與R4配合,以達(dá)到高低壓平衡的目的,一般使用2W M.O.電阻,設(shè)計(jì)時(shí)先決定R7後再加上R4補(bǔ)償,一般將3843 Pin3腳電壓設(shè)計(jì)在0.85V~0.95V之間(視瓦數(shù)而定,若瓦數(shù)較小則不能太接近1V,以免因零件誤差而頂?shù)?V)。

  3.3.19 R5,C3(RC filter):

  濾除3843 Pin3腳的雜訊,R5一般使用1KΩ 1/8W,C3一般使用102P/50V的陶質(zhì)電容,C3若使用電容值較小者,重載可能不開機(jī)(因?yàn)?843 Pin3瞬間頂?shù)?V);若使用電容值較大者,也許會(huì)有輕載不開機(jī)及短路Pin過(guò)大的問(wèn)題。

  3.3.20 R9(Q1 Gate電阻 ):

  R9電阻的大小,會(huì)影響到EMI及溫昇特性,一般而言阻值大,Q1 turn on / turn off的速度較慢,EMI特性較好,但Q1的溫昇較高、效率較低(主要是因?yàn)閠urn off速度較慢);若阻值較小, Q1 turn on / turn off的速度較快,Q1溫昇較低、效率較高,但EMI較差,一般使用51Ω-150Ω 1/8W.

  3.3.21 R6,C4(控制振蕩頻率):

  決定3843的工作頻率,可由Data Sheet得到R、C組成的工作頻率,C4一般為10nf的電容(誤差為5%),R6使用精密電阻,以DA-14B33為例,C4使用103P/50V PE電容,R6為3.74KΩ 1/8W精密電阻,振蕩頻率約為45 KHz.

  3.3.22 C5:

  功能類似RC filter,主要功用在於使高壓輕載較不易振蕩,一般使用101P/50V陶質(zhì)電容。

  3.3.23 U1(PWM IC):

  3843是PWM IC的一種,由Photo Coupler (U2)回授信號(hào)控制Duty Cycle的大小,Pin3腳具有限流的作用(最高電壓1V),目前所用的3843中,有KA3843(SAMSUNG)及UC3843BN(S.T.)兩種,兩者腳位相同,但產(chǎn)生的振蕩頻率略有差異,UC3843BN較KA3843快了約2KHz,fT的增加會(huì)衍生出一些問(wèn)題(例如:EMI問(wèn)題、短路問(wèn)題),因KA3843較難買,所以新機(jī)種設(shè)計(jì)時(shí),盡量使用UC3843BN.

  3.3.24 R1、R11、R12、C2(一次側(cè)回路增益控制):

  3843內(nèi)部有一個(gè)Error AMP(誤差放大器),R1、R11、R12、C2及Error AMP組成一個(gè)負(fù)回授電路,用來(lái)調(diào)整回路增益的穩(wěn)定度,回路增益,調(diào)整不恰當(dāng)可能會(huì)造成振蕩或輸出電壓不正確,一般C2使用立式積層電容(溫度持性較好)。

  3.3.25 U2(Photo coupler)

  光耦合器(Photo coupler)主要將二次側(cè)的信號(hào)轉(zhuǎn)換到一次側(cè)(以電流的方式),當(dāng)二次側(cè)的TL431導(dǎo)通後,U2即會(huì)將二次側(cè)的電流依比例轉(zhuǎn)換到一次側(cè),此時(shí)3843由Pin6 (output)輸出off的信號(hào)(Low)來(lái)關(guān)閉Q1,使用Photo coupler的原因,是為了符合安規(guī)需求(primacy to secondary的距離至少需5.6mm)。

  3.3.26 R13(二次側(cè)回路增益控制):

  控制流過(guò)Photo coupler的電流,R13阻值較小時(shí),流過(guò)Photo coupler的電流較大,U2轉(zhuǎn)換電流較大,回路增益較快(需要確認(rèn)是否會(huì)造成振蕩),R13阻值較大時(shí),流過(guò)Photo coupler的電流較小,U2轉(zhuǎn)換電流較小,回路增益較慢,雖然較不易造成振蕩,但需注意輸出電壓是否正常。

  3.3.27 U3(TL431)、R15、R16、R18

  調(diào)整輸出電壓的大小, ,輸出電壓不可超過(guò)38V(因?yàn)門L431 VKA最大為36V,若再加Photo coupler的VF值,則Vo應(yīng)在38V以下較安全),TL431的Vref為2.5V,R15及R16并聯(lián)的目的使輸出電壓能微調(diào),且R15與R16并聯(lián)後的值不可太大(盡量在2KΩ以下),以免造成輸出不準(zhǔn)。

  3.3.28 R14,C9(二次側(cè)回路增益控制):

  控制二次側(cè)的回路增益,一般而言將電容放大會(huì)使增益變慢;電容放小會(huì)使增益變快,電阻的特性則剛好與電容相反,電阻放大增益變快;電阻放小增益變慢,至於何謂增益調(diào)整的最佳值,則可以Dynamic load來(lái)量測(cè),即可取得一個(gè)最佳值。

  3.3.29 D4(整流二極體):

  因?yàn)檩敵鲭妷簽?.3V,而輸出電壓調(diào)整器(Output Voltage Regulator)使用TL431(Vref=2.5V)而非TL432(Vref=1.25V),所以必須多增加一組繞組提供Photo coupler及TL431所需的電源,因?yàn)閁2及U3所需的電流不大(約10mA左右),二極體耐壓值100V即可,所以只需使用1N4148(0.15A/100V)。

  3.3.30 C8(濾波電容):

  因?yàn)閁2及U3所需的電流不大,所以只要使用1u/50V即可。

  3.3.31 D5(整流二極體):

  輸出整流二極體,D5的使用需考慮:

  a. 電流值

  b. 二極體的耐壓值

  以DA-14B33為例,輸出電流4A,使用10A的二極體(Schottky)應(yīng)該可以,但經(jīng)點(diǎn)溫昇驗(yàn)證後發(fā)現(xiàn)D5溫度偏高,所以必須換為15A的二極體,因?yàn)?0A的VF較15A的VF 值大。耐壓部分40V經(jīng)驗(yàn)證後符合,因此最後使用15A/40V Schottky.

  3.3.32 C10,R17(二次側(cè)snubber) :

  D5在截止的瞬間會(huì)有spike產(chǎn)生,若spike超過(guò)二極體(D5)的耐壓值,二極體會(huì)有被擊穿的危險(xiǎn),調(diào)整snubber可適當(dāng)?shù)臏p少spike的電壓值,除保護(hù)二極體外亦可改善EMI,R17一般使用1/2W的電阻,C10一般使用耐壓500V的陶質(zhì)電容,snubber調(diào)整的過(guò)程(264V/63Hz)需注意R17,C10是否會(huì)過(guò)熱,應(yīng)避免此種情況發(fā)生。

  3.3.33 C11,C13(濾波電容):

  二次側(cè)第一級(jí)濾波電容,應(yīng)使用內(nèi)阻較小的電容(LXZ,YXA…),電容選擇是否洽當(dāng)可依以下三點(diǎn)來(lái)判定:

  a. 輸出Ripple電壓是符合規(guī)格

  b. 電容溫度是否超過(guò)額定值

  c. 電容值兩端電壓是否超過(guò)額定值

  3.3.34 R19(假負(fù)載):

  適當(dāng)?shù)氖褂眉儇?fù)載可使線路更穩(wěn)定,但假負(fù)載的阻值不可太小,否則會(huì)影響效率,使用時(shí)亦須注意是否超過(guò)電阻的額定值(一般設(shè)計(jì)只使用額定瓦數(shù)的一半)。  3.3.35 L3,C12(LC濾波電路):

  LC濾波電路為第二級(jí)濾波,在不影響線路穩(wěn)定的情況下,一般會(huì)將L3 放大(電感量較大),如此C12可使用較小的電容值。

  4 設(shè)計(jì)驗(yàn)證:(可分為三部分)

  a. 設(shè)計(jì)階段驗(yàn)證

  b. 樣品制作驗(yàn)證

  c. QE驗(yàn)證

  4.1 設(shè)計(jì)階段驗(yàn)證

  設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)階段應(yīng)該養(yǎng)成記錄的習(xí)慣,記錄可以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否與電氣規(guī)格相符,以下即就DA-14B33設(shè)計(jì)階段驗(yàn)證做說(shuō)明(驗(yàn)證項(xiàng)目視規(guī)格而定)。

  4.1.1 電氣規(guī)格驗(yàn)證:

  4.1.1.1 3843 PIN3腳電壓(full load 4A) :

  90V/47Hz = 0.83V

  115V/60Hz = 0.83V

  132V/60Hz = 0.83V

  180V/60Hz = 0.86V

  230V/60Hz = 0.88V

  264V/63Hz = 0.91V

  4.1.1.2 Duty Cycle , fT:

  4.1.1.3 Vin(min) = 100V (90V / 47Hz full load)

  4.1.1.4 Stress (264V / 63Hz full load) :

  Q1 MOSFET:

  4.1.1.5 輔助電源(開機(jī),滿載)、短路Pin max.:

  4.1.1.6 Static (full load)

  Pin(w) Iin(A) Iout(A) Vout(V) P.F. Ripple(mV) Pout(w) eff

  90V/47Hz 18.7 0.36 4 3.30 0.57 32 13.22 70.7

  115V/60Hz 18.6 031 4 3.30 0.52 28 13.22 71.1

  132V/60Hz 18.6 0.28 4 3.30 0.50 29 13.22 71.1

  180V/60Hz 18.7 0.21 4 3.30 0.49 30 13.23 70.7

  230V/60Hz 18.9 0.18 4 3.30 0.46 29 13.22 69.9

  264V/60Hz 19.2 0.16 4 3.30 0.45 29 13.23 68.9

  4.1.1.7 Full Range負(fù)載(0.3A-4A)

  (驗(yàn)證是否有振蕩現(xiàn)象)

  4.1.1.8 回授失效(輸出輕載)

  Vout = 8.3Vê90V/47Hz

  Vout = 6.03Vê264V/63Hz

  4.1.1.9 O.C.P.(過(guò)電流保護(hù))

  90V/47Hz = 7.2A

  264V/63Hz = 8.4A

  4.1.1.10 Pin(max.)

  90V/47Hz = 24.9W

  264V/63Hz = 27.1W

  4.1.1.11 Dynamic test

  H=4A,t1=25ms,slew Rate = 0.8A/ms (Rise)

  L=0.3A,t2=25ms,slew Rate = 0.8A/ms (Full)

  90V/47Hz

  264V/63Hz

  4.1.1.12 HI-POT test:

  HI-POT test一般可分為兩種等級(jí):

  輸入為3 Pin(有FG者),HI-POT test為1500Vac/1minute.Y-CAP使用Y2-CAP

  輸入為2 Pin(無(wú)FG者),HI-POT test為3000Vac/1minute.Y-CAP使用Y1-CAP

  DA-14B33屬於輸入3 PIN HI-POT test 為1500Vac/1 minute.

  4.1.1.13 Grounding test:

  輸入為3 Pin(有FG者),一般均要測(cè)接地阻(Grounding test),安規(guī)規(guī)定FG到輸出線材(輸出端)的接地電阻不能超過(guò)100MΩ(2.5mA/3 Second)。

  4.1.1.14 溫昇記錄

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)定案後(暫定),需針對(duì)整體溫昇及EMI做評(píng)估,若溫昇或EMI無(wú)法符合規(guī)格,則需重新實(shí)驗(yàn)。溫昇記錄請(qǐng)參考附件,D5原來(lái)使用BYV118(10A/40V Schott



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