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20年資深工程師,從7個方面分析開關電源的設計細節

來源:佳銳興2017年03月22日 14:16:45

[摘要] 借鑒下NXP的這個TEA1832圖紙做個說明。分析里面的電路參數設計與優化并做到認證至量產。 在所有的元器件中盡量選擇公司倉庫里面的元件,和量大的元件,方便后續降成本拿價格。貼片電阻采用0603的5%,0805的5%,1%...

借鑒下NXP的這個TEA1832圖紙做個說明。分析里面的電路參數設計與優化并做到認證至量產。 在所有的元器件中盡量選擇公司倉庫里面的元件,和量大的元件,方便后續降成本拿價格。

貼片電阻采用0603的5%,0805的5%,1%,貼片電容容值越大價格越高,設計時需考慮。

1、輸入端,FUSE選擇需要考慮到I^2T參數。保險絲的分類,快斷,慢斷,電流,電壓值,保險絲的認證是否齊全。保險絲前的安規距離2.5mm以上。設計時盡量放到3mm以上。需考慮打雷擊時,保險絲I2T是否有余量,會不會打掛掉。

2、這個圖中可以增加個壓敏電阻,一般采用14D471,也有采用561的,直徑越大抗浪涌電流越大,也有增強版的10S471,14S471等,一般14D471打1KV,2KV雷擊夠用了,增加雷擊電壓就要換成MOV+GDT了。有必要時,壓敏電阻外面包個熱縮套管。

3、NTC,這個圖中可以增加個NTC,有的客戶有限制冷啟動浪涌電流不超過60A,30A,NTC的另一個目的還可以在雷擊時扛部分電壓,減下MOSFET的壓力。選型時注意NTC的電壓,電流,溫度等參數。

4、共模電感,傳導與輻射很重要的一個濾波元件,共模電感有環形的高導材料5K,7K,0K,12K,15K,常用繞法有分槽繞,并繞,蝶形繞法等,還有UU型,分4個槽的ET型。這個如果能共用老機種的最好,成本考慮,傳導輻射測試完成后才能定型。

5、X電容的選擇,這個需要與共模電感配合測試傳導與輻射才能定容值,一般情況為功率越大X電容越大。

6、如果做認證時有輸入L,N的放電時間要求,需要在X電容下放2并2串的電阻給電容放電。

7、橋堆的選擇一般需要考慮橋堆能過得浪涌電流,耐壓和散熱,防止雷擊時掛掉。

8、VCC的啟動電阻,注意啟動電阻的功耗,主要是耐壓值,1206的一般耐壓200V,0805一般耐壓150V,能多留余量比較好。

9、輸入濾波電解電容,一般看成本的考慮,輸出保持時間的10mS,按照電解電容容值的最小情況80%容值設計,不同廠家和不同的設計經驗有點出入,有一點要注意普通的電解電容和扛雷擊的電解電容,電解電容的紋波電流關系到電容壽命,這個看品牌和具體的系列了。

10、輸入電解電容上有并聯一個小瓷片電容,這個平時體現不出來用處,在做傳導抗擾度時有效果。

11、RCD吸收部分,R的取值對應MOSFET上的尖峰電壓值,如果采用貼片電阻需注意電壓降額與功耗。C一般取102/103 1KV的高壓瓷片,整改輻射時也有可能會改為薄膜電容效果好。D一般用FR107,FR207,整改輻射時也有改為1N4007的情況或者其他的慢管,或者在D上套磁珠(K5A,K5C等材質)。小功率電源,RC可以采用TVS管替代,如P6KE160等。

12、MOSFET的選擇,起機和短路情況需要注意SOA。高溫時的電流降額,低溫時的電壓降額。一般600V 2-12A足夠用與100W以內的反激,根據成本來權衡選型。整改輻射時很多方法沒有效果的時候,換個MOSFET就過了的情況經常有。

13、MOSFET的驅動電阻一般采用10R+20R,阻值大小對應開關速度,效率,溫升。這個參數需要整改輻射時調整。

14、MOSFET的GATE到SOURCE端需要增加一個10K-100K的電阻放電。

15、MOSFET的SOURCE到GND之間有個Isense電阻,功率盡量選大,盡量采用繞線無感電阻。功率小,或者有感電阻短路時有遇到過炸機現象。

16、Isense電阻到IC的Isense增加1個RC,取值1K,331,調試時可能有作用,如果采用這個TEA1832電路為參考,增加一個C并聯到GND。

17、不同的IC外圍引腳參考設計手冊即可,根據自己的經驗在IC引腳處放濾波電容。

18、更改前:變壓器的設計,反激變壓器設計論壇里面討論很多,不多說。還是考慮成本,盡量不在變壓器里面加屏蔽層,頂多在變壓器外面加個十字屏蔽。變壓器一定要驗算delta B值,delta B=L*Ipk/(N*Ae),L(uH),Ipk(A),N為初級砸數(T),Ae(mm2)有興趣驗證這個公式可以在最低電壓輸入,輸出負載不斷增加,看到變壓器飽和波形,飽和時計算結果應該是500mT左右。變壓器的VCC輔助繞組盡量用2根以上的線并繞,之前很大批量時有碰到過有幾個輔助繞組輕載電壓不夠或者重載時VCC過壓的情況,2跟以上的VCC輔助繞線能盡量耦合更好解決電壓差異大這個問題。

18、更改后:變壓器的設計,反激變壓器設計論壇里面討論很多,不多說。還是考慮成本,盡量不在變壓器里面加屏蔽層,頂多在變壓器外面加個十字屏蔽。變壓器一定要驗算delta B值,防止高溫時磁芯飽和。delta B=L*Ipk/(N*Ae),L(uH),Ipk(A),N為初級砸數(T),Ae(mm2)。(參考TDG公司的磁芯特性(100℃)飽和磁通密度390mT,剩磁55mT,所以ΔB值一般取330mT以內,出現異常情況不飽和,一般取值小于300mT以內。我之前做反激變壓器取值都是小于0.3的)附,學習zhangyiping的經驗(所以一般的磁通密度選擇1500高斯,變壓器小的可以選大一些,變壓器大的要選小一些,頻彔高的減小頻彔低的可以大一些吧。)

變壓器的VCC輔助繞組盡量用2根以上的線并繞,之前很大批量時有碰到過有幾個輔助繞組輕載電壓不夠或者重載時VCC過壓的情況,2跟以上的VCC輔助繞線能盡量耦合更好解決電壓差異大這個問題。

附注:有興趣驗證這個公式的話,可以在最低電壓輸入,輸出負載不斷增加,看到變壓器飽和波形,飽和時計算結果應該是500mT左右(25℃時,飽和磁通密度510mT)。

借鑒TDG的磁芯基本特征圖。

19、輸出二極管效率要求高時,可以采用超低壓降的肖特基二極管,成本要求高時可以用超快恢復二極管。

20、輸出二極管并聯的RC用于抑制電壓尖峰,同時也對輻射有抑制。

21、光耦與431的配合,光耦的二極管兩端可以增加一個1K-3K左右的電阻,Vout串聯到光耦的電阻取值一般在100歐姆-1K之間。431上的C與RC用于調整環路穩定,動態響應等。

22、Vout的檢測電阻需要有1mA左右的電流,電流太小輸出誤差大,電流太大,影響待機功耗。

23、輸出電容選擇,輸出電容的紋波電流大約等于輸出電流,在選擇電容時紋波電流放大1.2倍以上考慮。 24、2個輸出電容之間可以增加一個小電感,有助于抑制輻射干擾,有了小電感后,第一個輸出電容的紋波電流就會比第二個輸出電容的紋波電流大很多,所以很多電路里面第一個電容容量大,第二個電容容量較小。

25、輸出Vout端可以增加一個共模電感與104電容并聯,有助于傳導與輻射,還能降低紋波峰峰值。

26、需要做恒流的情況可以采用專業芯片,AP4310或者TSM103等類似芯片做,用431+358都行,注意VCC的電壓范圍,環路調節也差不多。

27、有多路輸出負載情況的話,電源的主反饋電路一定要有固定輸出,或者假負載,否則會因為耦合,burst模式等問題導致其他路輸出電壓不穩定。28、初級次級的大地之間有接個Y電容,一般容量小于或等于222,則漏電流小于0.25mA,不同的產品認證對漏電流是有要求的,需注意。

算下來這么多,電子元器件基本能定型了,整個初略的BOM可以評審并參考報價了。BOM中元器件可以多放幾個品牌方便核成本。如客戶有特殊要求,可以在電路里面增加功能電路實現。如不能實現,尋找新的IC來完成,相等功率和頻率下,IC的更改對外圍器件影響不大。如客戶溫度范圍的要求比較高,對應元器件的選項需要參考元器件使用溫度和降額使用。

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