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開關(guān)電源設(shè)計(jì)原理及全過程介紹

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1012次  |  2020年05月09日  

一、概論

開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù),控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率,維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源,開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET構(gòu)成。開關(guān)電源和線性電源相比,二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長,但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上,反而高于開關(guān)電源,這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新,使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新,這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動,這為開關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間

電源有如人體的心臟,是所有電設(shè)備的動力。但電源卻不像心臟那樣形式單一。因?yàn)?,?biāo)志電源特性的參數(shù)有功率、電源、頻率、噪聲及帶載時參數(shù)的變化等等;在同一參數(shù)要求下,又有體積、重量、形態(tài)、效率、可靠性等指標(biāo),人可按此去"塑造"和完美電源,因此電源的形式是極多的。

隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展,電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切,而電子設(shè)備都離不開可靠的電源,進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化,率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代,進(jìn)入90年代開關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域,程控交換機(jī)、通訊、電子檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源,更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù),控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率,維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源,開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET構(gòu)成。開關(guān)電源和線性電源相比,二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長,但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上,反而高于開關(guān)電源,這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新,使得開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新,這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動,這為開關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。

一般電力要經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能符合使用的需要。轉(zhuǎn)換的例子有:交流轉(zhuǎn)換成直流,高電壓變成低電壓,大功率中取小功率等等。

開關(guān)電源的工作原理是:

1.交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流;

2.通過高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號控制開關(guān)管,將那個直流加到開關(guān)變壓器初級上;

3.開關(guān)變壓器次級感應(yīng)出高頻電壓,經(jīng)整流濾波供給負(fù)載;

4.輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路,控制PWM占空比,以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。

開關(guān)電源設(shè)計(jì)全過程

1目的

希望以簡短的篇幅,將公司目前設(shè)計(jì)的流程做介紹,若有介紹不當(dāng)之處,請不吝指教。

2設(shè)計(jì)步驟:

2.1繪線路圖、PCBLayout.

2.2變壓器計(jì)算。

2.3零件選用。

2.4設(shè)計(jì)驗(yàn)證。

3設(shè)計(jì)流程介紹(以DA-14B33為例):

3.1線路圖、PCBLayout請參考資識庫中說明。

3.2變壓器計(jì)算:

變壓器是整個電源供應(yīng)器的重要核心,所以變壓器的計(jì)算及驗(yàn)證是很重要的,以下即就DA-14B33變壓器做介紹。

3.2.1決定變壓器的材質(zhì)及尺寸:

依據(jù)變壓器計(jì)算公式

B(max)=鐵心飽合的磁通密度(Gauss)

Lp=一次側(cè)電感值(uH)

Ip=一次側(cè)峰值電流(A)

Np=一次側(cè)(主線圈)圈數(shù)

Ae=鐵心截面積(cm2)

B(max)依鐵心的材質(zhì)及本身的溫度來決定,以TDKFerriteCorePC40為例,100℃時的B(max)為3900Gauss,設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮零件誤差,所以一般取3000~3500Gauss之間,若所設(shè)計(jì)的power為Adapter(有外殼)則應(yīng)取3000Gauss左右,以避免鐵心因高溫而飽合,一般而言鐵心的尺寸越大,Ae越高,所以可以做較大瓦數(shù)的Power.

3.2.2決定一次側(cè)濾波電容:

濾波電容的決定,可以決定電容器上的Vin(min),濾波電容越大,Vin(win)越高,可以做較大瓦數(shù)的Power,但相對價格亦較高。

3.2.3決定變壓器線徑及線數(shù):

當(dāng)變壓器決定後,變壓器的Bobbin即可決定,依據(jù)Bobbin的槽寬,可決定變壓器的線徑及線數(shù),亦可計(jì)算出線徑的電流密度,電流密度一般以6A/mm2為參考,電流密度對變壓器的設(shè)計(jì)而言,只能當(dāng)做參考值,最終應(yīng)以溫昇記錄為準(zhǔn)。

3.2.4決定Dutycycle(工作周期):

由以下公式可決定Dutycycle,Dutycycle的設(shè)計(jì)一般以50%為基準(zhǔn),Dutycycle若超過50%易導(dǎo)致振蕩的發(fā)生。

NS=二次側(cè)圈數(shù)

NP=一次側(cè)圈數(shù)

Vo=輸出電壓

VD=二極體順向電壓

Vin(min)=濾波電容上的谷點(diǎn)電壓

D=工作周期(Dutycycle)

3.2.5決定Ip值:

Ip=一次側(cè)峰值電流

Iav=一次側(cè)平均電流

Pout=輸出瓦數(shù)

效率

PWM震蕩頻率

3.2.6決定輔助電源的圈數(shù):

依據(jù)變壓器的圈比關(guān)系,可決定輔助電源的圈數(shù)及電壓。

3.2.7決定MOSFET及二次側(cè)二極體的Stress(應(yīng)力):

依據(jù)變壓器的圈比關(guān)系,可以初步計(jì)算出變壓器的應(yīng)力(Stress)是否符合選用零件的規(guī)格,計(jì)算時以輸入電壓264V(電容器上為380V)為基準(zhǔn)。

3.2.8其它:

若輸出電壓為5V以下,且必須使用TL431而非TL432時,須考慮多一組繞組提供Photocoupler及TL431使用。

3.2.9將所得資料代入公式中,如此可得出B(max),若B(max)值太高或太低則參數(shù)必須重新調(diào)整。

3.2.10DA-14B33變壓器計(jì)算:

輸出瓦數(shù)13.2W(3.3V/4A),Core=EI-28,可繞面積(槽寬)=10mm,MarginTape=?2.8mm(每邊),剩余可繞面積=4.4mm.

假設(shè)fT=45KHz,Vin(min)=90V,?=0.7,P.F.=0.5(cosθ),Lp=1600Uh

計(jì)算式:

變壓器材質(zhì)及尺寸:l

由以上假設(shè)可知材質(zhì)為PC-40,尺寸=EI-28,Ae=0.86cm2,可繞面積(槽寬)=10mm,因MarginTape使用2.8mm,所以剩余可繞面積為4.4mm.

假設(shè)濾波電容使用47uF/400V,Vin(min)暫定90V.

決定變壓器的線徑及線數(shù):

假設(shè)NP使用0.32ψ的線

電流密度=

可繞圈數(shù)=

假設(shè)Secondary使用0.35ψ的線

電流密度=

假設(shè)使用4P,則

電流密度=

可繞圈數(shù)=

決定Dutylcycle:

假設(shè)Np=44T,Ns=2T,VD=0.5(使用schottkyDiode)

決定Ip值:

決定輔助電源的圈數(shù):

假設(shè)輔助電源=12V

NA1=6.3圈

假設(shè)使用0.23ψ的線

可繞圈數(shù)=

若NA1=6Tx2P,則輔助電源=11.4V

決定MOSFET及二次側(cè)二極體的Stress(應(yīng)力):

MOSFET(Q1)=最高輸入電壓(380V)+=

=463.6V

Diode(D5)=輸出電壓(Vo)+x最高輸入電壓(380V)=

=20.57V

Diode(D4)=

==41.4V

其它:

因?yàn)檩敵鰹?.3V,而TL431的Vref值為2.5V,若再加上photocoupler上的壓降約1.2V,將使得輸出電壓無法推動Photocoupler及TL431,所以必須另外增加一組線圈提供回授路徑所需的電壓。

假設(shè)NA2=4T使用0.35ψ線,則

可繞圈數(shù)=,所以可將NA2定為4Tx2P

變壓器的接線圖:

3.3零件選用:

零件位置(標(biāo)注)請參考線路圖:(DA-14B33Schematic)

3.3.1FS1:

由變壓器計(jì)算得到Iin值,以此Iin值(0.42A)可知使用公司共用料2A/250V,設(shè)計(jì)時亦須考慮Pin(max)時的Iin是否會超過保險絲的額定值。

3.3.2TR1(熱敏電阻):

電源啟動的瞬間,由於C1(一次側(cè)濾波電容)短路,導(dǎo)致Iin電流很大,雖然時間很短暫,但亦可能對Power產(chǎn)生傷害,所以必須在濾波電容之前加裝一個熱敏電阻,以限制開機(jī)瞬間Iin在Spec之內(nèi)(115V/30A,230V/60A),但因熱敏電阻亦會消耗功率,所以不可放太大的阻值(否則會影響效率),一般使用SCK053(3A/5Ω),若C1電容使用較大的值,則必須考慮將熱敏電阻的阻值變大(一般使用在大瓦數(shù)的Power上)。

3.3.3VDR1(突波吸收器):

當(dāng)雷極發(fā)生時,可能會損壞零件,進(jìn)而影響Power的正常動作,所以必須在靠AC輸入端(Fuse之後),加上突波吸收器來保護(hù)Power(一般常用07D471K),但若有價格上的考量,可先忽略不裝。

3.3.4CY1,CY2(Y-Cap):

Y-Cap一般可分為Y1及Y2電容,若ACInput有FG(3Pin)一般使用Y2-Cap,ACInput若為2Pin(只有L,N)一般使用Y1-Cap,Y1與Y2的差異,除了價格外(Y1較昂貴),絕緣等級及耐壓亦不同(Y1稱為雙重絕緣,絕緣耐壓約為Y2的兩倍,且在電容的本體上會有"回"符號或注明Y1),此電路因?yàn)橛蠪G所以使用Y2-Cap,Y-Cap會影響EMI特性,一般而言越大越好,但須考慮漏電及價格問題,漏電(LeakageCurrent)必須符合安規(guī)須求(3Pin公司標(biāo)準(zhǔn)為750uAmax)。

3.3.5CX1(X-Cap)、RX1:

X-Cap為防制EMI零件,EMI可分為Conduction及Radiation兩部分,Conduction規(guī)范一般可分為:FCCPart15JClassB、CISPR22(EN55022)ClassB兩種,FCC測試頻率在450K~30MHz,CISPR22測試頻率在150K~30MHz,Conduction可在廠內(nèi)以頻譜分析儀驗(yàn)證,Radiation則必須到實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證,X-Cap一般對低頻段(150K~數(shù)M之間)的EMI防制有效,一般而言X-Cap愈大,EMI防制效果愈好(但價格愈高),若X-Cap在0.22uf以上(包含0.22uf),安規(guī)規(guī)定必須要有泄放電阻(RX1,一般為1.2MΩ1/4W)。

3.3.6LF1(CommonChoke):

EMI防制零件,主要影響Conduction的中、低頻段,設(shè)計(jì)時必須同時考慮EMI特性及溫昇,以同樣尺寸的CommonChoke而言,線圈數(shù)愈多(相對的線徑愈細(xì)),EMI防制效果愈好,但溫昇可能較高。

3.3.7BD1(整流二極體):

將AC電源以全波整流的方式轉(zhuǎn)換為DC,由變壓器所計(jì)算出的Iin值,可知只要使用1A/600V的整流二極體,因?yàn)槭侨ㄕ魉阅蛪褐灰?00V即可。

3.3.8C1(濾波電容):

由C1的大?。娙葜担┛蓻Q定變壓器計(jì)算中的Vin(min)值,電容量愈大,Vin(min)愈高但價格亦愈高,此部分可在電路中實(shí)際驗(yàn)證Vin(min)是否正確,若ACInput范圍在90V~132V(Vc1電壓最高約190V),可使用耐壓200V的電容;若ACInput范圍在90V~264V(或180V~264V),因Vc1電壓最高約380V,所以必須使用耐壓400V的電容。

Re:開關(guān)電方設(shè)計(jì)過祘

3.3.9D2(輔助電源二極體):

整流二極體,一般常用FR105(1A/600V)或BYT42M(1A/1000V),兩者主要差異:

1.耐壓不同(在此處使用差異無所謂)

2.VF不同(FR105=1.2V,BYT42M=1.4V)

3.3.10R10(輔助電源電阻):

主要用於調(diào)整PWMIC的VCC電壓,以目前使用的3843而言,設(shè)計(jì)時VCC必須大於8.4V(Min.Load時),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)輸出短路時不保護(hù)(或輸入瓦數(shù)過大)。

3.3.11C7(濾波電容):

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

3.3.12Z1(Zener二極體):

當(dāng)回授失效時的保護(hù)電路,回授失效時輸出電壓沖高,輔助電源電壓相對提高,此時若沒有保護(hù)電路,可能會造成零件損壞,若在3843VCC與3843Pin3腳之間加一個ZenerDiode,當(dāng)回授失效時ZenerDiode會崩潰,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)。

3.3.13R2(啟動電阻):

提供3843第一次啟動的路徑,第一次啟動時透過R2對C7充電,以提供3843VCC所需的電壓,R2阻值較大時,turnon的時間較長,但短路時Pin瓦數(shù)較小,R2阻值較小時,turnon的時間較短,短路時Pin瓦數(shù)較大,一般使用220KΩ/2WM.O

3.3.14R4(LineCompensation):

高、低壓補(bǔ)償用,使3843Pin3腳在90V/47Hz及264V/63Hz接近一致(一般使用750KΩ~1.5MΩ1/4W之間)。

3.3.15R3,C6,D1(Snubber):

此三個零件組成Snubber,調(diào)整Snubber的目的:1.當(dāng)Q1off瞬間會有Spike產(chǎn)生,調(diào)整Snubber可以確保Spike不會超過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特性會較好。R3使用2WM.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)。

3.3.16Q1(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,所以溫昇會較低,若IDS電流未超過3A,應(yīng)該先以3A/600V為考量,并以溫昇記錄來驗(yàn)證,因?yàn)?A/600V的價格高於3A/600V許多,Q1的使用亦需考慮VDS是否超過額定值。

3.3.17R8:

R8的作用在保護(hù)Q1,避免Q1呈現(xiàn)浮接狀態(tài)。

3.3.18R7(Rs電阻):

3843Pin3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2WM.O.電阻,設(shè)計(jì)時先決定R7後再加上R4補(bǔ)償,一般將3843Pin3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)。

3.3.19R5,C3(RCfilter):

濾除3843Pin3腳的雜訊,R5一般使用1KΩ1/8W,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)?843Pin3瞬間頂?shù)?V);若使用電容值較大者,也許會有輕載不開機(jī)及短路Pin過大的問題。

3.3.20R9(Q1Gate電阻):

R9電阻的大小,會影響到EMI及溫昇特性,一般而言阻值大,Q1turnon/turnoff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urnoff速度較慢);若阻值較小,Q1turnon/turnoff的速度較快,Q1溫昇較低、效率較高,但EMI較差,一般使用51Ω-150Ω1/8W.

3.3.21R6,C4(控制振蕩頻率):

決定3843的工作頻率,可由DataSheet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/50VPE電容,R6為3.74KΩ1/8W精密電阻,振蕩頻率約為45KHz.

3.3.22C5:

功能類似RCfilter,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。

3.3.23U1(PWMIC):

3843是PWMIC的一種,由PhotoCoupler(U2)回授信號控制DutyCycle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的增加會衍生出一些問題(例如:EMI問題、短路問題),因KA3843較難買,所以新機(jī)種設(shè)計(jì)時,盡量使用UC3843BN.

3.3.24R1、R11、R12、C2(一次側(cè)回路增益控制):

3843內(nèi)部有一個ErrorAMP(誤差放大器),R1、R11、R12、C2及ErrorAMP組成一個負(fù)回授電路,用來調(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)。

3.3.25U2(Photocoupler)

光耦合器(Photocoupler)主要將二次側(cè)的信號轉(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即會將二次側(cè)的電流依比例轉(zhuǎn)換到一次側(cè),此時3843由Pin6(output)輸出off的信號(Low)來關(guān)閉Q1,使用Photocoupler的原因,是為了符合安規(guī)需求(primacytosecondary的距離至少需5.6mm)。

3.3.26R13(二次側(cè)回路增益控制):

控制流過Photocoupler的電流,R13阻值較小時,流過Photocoupler的電流較大,U2轉(zhuǎn)換電流較大,回路增益較快(需要確認(rèn)是否會造成振蕩),R13阻值較大時,流過Photocoupler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。

3.3.27U3(TL431)、R15、R16、R18

調(diào)整輸出電壓的大小,,輸出電壓不可超過38V(因?yàn)門L431VKA最大為36V,若再加Photocoupler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)。

3.3.28R14,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使增益變慢;電容放小會使增益變快,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Dynamicload來量測,即可取得一個最佳值。

3.3.29D4(整流二極體):

因?yàn)檩敵鲭妷簽?.3V,而輸出電壓調(diào)整器(OutputVoltageRegulator)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Photocoupler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)。

3.3.30C8(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。

3.3.31D5(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/40VSchottky.

3.3.32C10,R17(二次側(cè)snubber):

D5在截止的瞬間會有spike產(chǎn)生,若spike超過二極體(D5)的耐壓值,二極體會有被擊穿的危險,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)整的過程(264V/63Hz)需注意R17,C10是否會過熱,應(yīng)避免此種情況發(fā)生。

3.3.33C11,C13(濾波電容):

二次側(cè)第一級濾波電容,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)來判定:

a.輸出Ripple電壓是符合規(guī)格

b.電容溫度是否超過額定值

c.電容值兩端電壓是否超過額定值

3.3.34R19(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,否則會影響效率,使用時亦須注意是否超過電阻的額定值(一般設(shè)計(jì)只使用額定瓦數(shù)的一半)。

3.3.35L3,C12(LC濾波電路):

LC濾波電路為第二級濾波,在不影響線路穩(wěn)定的情況下,一般會將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:

4.1.1.13843PIN3腳電壓(fullload4A):

90V/47Hz=0.83V

115V/60Hz=0.83V

132V/60Hz=0.83V

180V/60Hz=0.86V

230V/60Hz=0.88V

264V/63Hz=0.91V

4.1.1.2DutyCycle,fT:

4.1.1.3Vin(min)=100V(90V/47Hzfullload)

4.1.1.4Stress(264V/63Hzfullload):

Q1MOSFET:

4.1.1.5輔助電源(開機(jī),滿載)、短路Pinmax.:

4.1.1.6Static(fullload)

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

90V/47Hz18.70.3643.300.573213.2270.7

115V/60Hz18.603143.300.522813.2271.1

132V/60Hz18.60.2843.300.502913.2271.1

180V/60Hz18.70.2143.300.493013.2370.7

230V/60Hz18.90.1843.300.462913.2269.9

264V/60Hz19.20.1643.300.452913.2368.9

4.1.1.7FullRange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

4.1.1.9O.C.P.(過電流保護(hù))

90V/47Hz=7.2A

264V/63Hz=8.4A

4.1.1.10Pin(max.)

90V/47Hz=24.9W

264V/63Hz=27.1W

4.1.1.11Dynamictest

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

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

90V/47Hz

264V/63Hz

4.1.1.12HI-POTtest:

HI-POTtest一般可分為兩種等級:

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

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

DA-14B33屬於輸入3PINHI-POTtest為1500Vac/1minute.

4.1.1.13Groundingtest:

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

4.1.1.14溫昇記錄

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)定案後(暫定),需針對整體溫昇及EMI做評估,若溫昇或EMI無法符合規(guī)格,則需重新實(shí)驗(yàn)。溫昇記錄請參考附件,D5原來使用BYV118(10A/40VSchottkybarrier肖特基二極管),因溫昇較高改為PBYR1540CTX(15A/40V)。

4.1.1.15EMI測試:

EMI測試分為二類:

Conduction(傳導(dǎo)干擾)

Radiation(幅射干擾)

前者視規(guī)范不同而有差異(FCC:450K-30MHz,CISPR22:150K-30MHz),前者可利用廠內(nèi)的頻譜分析儀驗(yàn)證;後者(范圍由30M-300MHz,則因廠內(nèi)無設(shè)備必須到實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證,Conduction,Radiation測試資料請參考附件).

4.1.1.16機(jī)構(gòu)尺寸:

設(shè)計(jì)階段即應(yīng)對機(jī)構(gòu)尺寸驗(yàn)證,驗(yàn)證的項(xiàng)目包括:PCB尺寸、零件限高、零件禁置區(qū)、螺絲孔位置及孔徑、外殼孔寸…,若設(shè)計(jì)階段無法驗(yàn)證,則必須在樣品階段驗(yàn)證。

4.1.2樣品驗(yàn)證:

樣品制作完成後,除溫昇記錄、EMI測試外(是否需重新驗(yàn)證,視情況而定),每一臺樣品都應(yīng)經(jīng)過驗(yàn)證(包括電氣及機(jī)構(gòu)尺寸),此階段的電氣驗(yàn)證可以以ATE(Chroma)測試來完成,ATE測試必須與電氣規(guī)格相符。

4.1.3QE驗(yàn)證:

QE針對工程部所提供的樣品做驗(yàn)證,工程部應(yīng)提供以下交件及樣品供QE驗(yàn)證。

開關(guān)電源的優(yōu)缺點(diǎn)

1、功耗小,效率高。在開關(guān)電源電路中,晶體管V在激勵信號的激勵下,它交替地工作在導(dǎo)通-截止和截止-導(dǎo)通的開關(guān)狀態(tài),轉(zhuǎn)換速度很快,頻率一般為50kHz左右,在一些技術(shù)先進(jìn)的國家,可以做到幾百或者近1000kHz.這使得開關(guān)晶體管V的功耗很小,電源的效率可以大幅度地提高,其效率可達(dá)到80%.

2、體積小,重量輕。從開關(guān)電源的原理框圖可以清楚地看到這里沒有采用笨重的工頻變壓器。由于調(diào)整管V上的耗散功率大幅度降低后,又省去了較大的散熱片。由于這兩方面原因,所以開關(guān)電源的體積小,重量輕。

3、穩(wěn)壓范圍寬。從開關(guān)電源的輸出電壓是由激勵信號的占空比來調(diào)節(jié)的,輸入信號電壓的變化可以通過調(diào)頻或調(diào)寬來進(jìn)行補(bǔ)償。這樣,在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時,它仍能夠保證有較穩(wěn)定的輸出電壓。所以開關(guān)電源的穩(wěn)壓范圍很寬,穩(wěn)壓效果很好。此外,改變占空比的方法有脈寬調(diào)制型和頻率調(diào)制型兩種。開關(guān)電源不僅具有穩(wěn)壓范圍寬的優(yōu)點(diǎn),而且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多,設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求,靈活地選用各種類型的開關(guān)電源。

濾波的效率大為提高,使濾波電容的容量和體積大為減少。開關(guān)電源的工作頻率目前基本上是工作在50kHz,是線性穩(wěn)壓電源的1000倍,這使整流后的濾波效率幾乎也提高了1000倍;即使采用半波整流后加電容濾波,效率也提高了500倍。在相同的紋波輸出電壓下,采用開關(guān)電源時,濾波電容的容量只是線性穩(wěn)壓電源中濾波電容的1/500~1/1000.電路形式靈活多樣,有自激式和他激式,有調(diào)寬型和調(diào)頻型,有單端式和雙端式等等,設(shè)計(jì)者可以發(fā)揮各種類型電路的特長,設(shè)計(jì)出能滿足不同應(yīng)用場合的開關(guān)電源。

開關(guān)穩(wěn)壓電源缺點(diǎn):

開關(guān)穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是存在較為嚴(yán)重的開關(guān)干擾。開關(guān)穩(wěn)壓電源中,功率調(diào)整開關(guān)晶體管V工作在開關(guān)狀態(tài),它產(chǎn)生的交流電壓和電流通過電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振干擾,這些干擾如果不采取一定的措施進(jìn)行抑制、消除和屏蔽,就會嚴(yán)重地影響整機(jī)的正常工作。此外由于開關(guān)穩(wěn)壓電源振蕩器沒有工頻變壓器的隔離,這些干擾就會串入工頻電網(wǎng),使附近的其他電子儀器、設(shè)備和家用電器受到嚴(yán)重干擾。

目前,由于國內(nèi)微電子技術(shù)、阻容器件生產(chǎn)技術(shù)以及磁性材料技術(shù)與一些技術(shù)先進(jìn)國家還有一定的差距,因而造價不能進(jìn)一步降低,也影響到可靠性的進(jìn)一步提高。所以在我國的電子儀器以及機(jī)電一體化儀器中,開關(guān)穩(wěn)壓電源還不能得到十分廣泛的普及及使用。特別是對于無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源中的高壓電解電容器、高反壓大功率開關(guān)管、開關(guān)變壓器的磁芯材料等器件,在我國還處于研究、開發(fā)階段。

在一些技術(shù)先進(jìn)國家,開關(guān)穩(wěn)壓電源雖然有了一定的發(fā)展,但在實(shí)際應(yīng)用中也還存在一些問題,不能十分令人滿意。這暴露出開關(guān)穩(wěn)壓電源的又一個缺點(diǎn),那就是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,故障率高,維修麻煩。對此,如果設(shè)計(jì)者和制造者不予以充分重視,則它將直接影響到開關(guān)穩(wěn)壓電源的推廣應(yīng)用。當(dāng)今,開關(guān)穩(wěn)壓電源推廣應(yīng)用比較困難的主要原因就是它的制作技術(shù)難度大、維修麻煩和造價成本較高


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