硬件电路设计规范.doc

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25

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硬件电路设计规范

规范编码：

版本：

V2.0

密级：

机密

DCGLOBAL

执笔人：

朱春辉

页数：

共26页

辅助电源设计规范

2002年7月30日发布2002年7月30日实施

艾默生网络能源有限公司

前言

本规范于2002年7月30日首次发布；

本规范起草单位：

一次电源、研究管理部技术管理处；

本规范执笔人：

朱春辉

本规范主要起草人：

朱春辉；

本规范标准化审查人：

林攀；

本规范批准人：

曹升芳

本规范修改记录：

2005-06-01

更改信息表

版本

更改原因

更改说明

更改人

更改时间

V2.0

补充部分内容

增加与规格书的联系、增加低温系列芯片等

吴连日

2005-06-01

目录

摘要 6

关键词 6

1来源 6

2适用范围 6

3满足技术指标 7

4设计原则与要求 8

5实现方案 8

5.1　方案（拓扑）选择 8

5.2　反激变换器实现方式 8

6电路设计 9

6.1控制芯片的选择 9

6.1.1　控制芯片类型 9

6.1.2　选择方法 10

6.2384X的外围电路设计 10

6.2.1振荡电路 11

6.2.2基准去耦 11

6.2.4　软启动电路 12

6.2.5　电源去耦 12

6.3　启动控制 12

6.4启动电路 13

6.4.1　通用设计 13

6.4.2　VCC不带负载 14

6.4.3　VCC同时有其它负载 14

6.5开关频率的确定 15

6.6电流采样电路 15

6.7变压器的设计 15

6.8　开关管及驱动电路 16

6.9　开关管吸收与钳位电路 17

6.10　整流二极管 17

6.11　整流二极管吸收电路 17

6.12　输出滤波电路 18

6.13　后级稳压 18

6.14　钳位电路 18

6.15环路设计 18

6.15.1　环路设计要求 18

6.15.2　不隔离控制的环路设计 19

6.15.3　隔离控制的环路设计 19

6.16　短路保护 20

6.17　输入保护 20

6.18安规设计（包括光耦和变压器短路） 21

6.18.1　安规距离 21

6.18.2　器件的安规 21

6.18.3　满足安规试验的要求 21

6.19EMC设计 21

6.19.1　输入EMI 21

6.19.2　静电 22

6.19.3　辐射 22

6.19.4　浪涌 22

6.20　工艺与可生产性 22

6.20.1　工艺 22

6.20.2　可测试性 22

6.20.3　容差设计 22

6.21　其它 23

7电路调测 23

8经验案例 24

8.1H1412M1的串联电阻。

24

8.2PSM-A9启动失败问题 24

8.3PSM-A启动失败问题 24

8.4PSM-A10纹波问题 25

8.5PSM-A和PSM-A93843-PIN3电压超标 25

8.6H6412Z的UC38C43损坏问题 25

8.7HD4850的风扇电源问题 25

9元器件清单 26

10附件清单 26

摘要

辅助电源的功能是提供模块内的各级控制电路、各功能电路、监控电路和功率模块驱动电路所需电源。

其输入电压范围一般较宽，并需满足安规要求，输出功率一般小于30W。

本规范内容总结了一次电源整流模块辅助电源和监控模块辅助电源电路，参考了二次电源相关的CBB，确定了一次电源辅助电源的设计方法和关键要点。

从器件选择、工艺要求、单元电路等几个层次作了规范，列举常见问题，附录介绍了一次电源主要使用的辅助电源电路。

关键词

反激式变换器：

在开关电源中有一类变换器，在功率管导通时，电感/高频变压器将电能变为磁能储存起来，功率管截止时，电感/高频变压器将原来储存的磁能变为电能，传递给负载。

这种变换器称为反激式变换器。

峰值电流型PWM控制：

在脉宽比较器的输入端直接用峰值电流信号与电压误差放大器输出信号进行比较。

在每个开关周期的开始，功率管开通，其电流上升，当峰值电流信号达到电压误差放大器的输出时，功率管关断。

它动态特性好，能逐波限流。

DCM：

Discontinuecurrentmode电感电流不连续。

CCM：

Continuecurrentmode电感电流连续。

1来源

本规范中的电路来源于公司正在或曾经大量生产的HD4820－5（H4412Z），HD4825-3（公司内部型号为H6412Z），HD4850（公司内部型号H1415Z），HD4850-2（公司内部型号为H2415Z）HD48100（公司内部型号H141AZ），HD4850（公司内部型号H1415Z）（AC/DC模块的PFC电路，和PSM－A，PSM－A9，PSM－A10的辅助电源，并参考了一次电源、二次电源和工业电源相关CBB、设计规范、测试规范等。

2适用范围

是一次电源所有产品的辅助电源设计必须参考的规范。

3满足技术指标　

对于所有一次电源整流模块和监控模块的辅助电源或其它类的一次电源的辅助电源，均必须有相应的辅助电源规格书。

规格书内容由辅助电源需求方与设计方共同讨论决定，格式和具体条款按照《一次电源辅助电源规格书模板》要求进行规定，并要经过相应的辅助电源专家、需求方成员、设计方成员、测试部人员、项目领导组成的评审委员会开会评审通过。

在辅助电源开发过程中，如需要对辅助电源规格书的某些条款进行更改，必须经过需求方与设计方共同讨论同意后，提交评审委员会评审通过后方可进行更改。

项目开发时建立产品结构树时必须有辅助电源规格书条款和相应图号，项目完成后，辅助电源规格书也必须进行归档。

任一辅助电源规格书中都必须有的项目为：

输入电压范围、输出电压整定值及波动范围、工作温度和贮存温度、纹波与噪声、负载调整率、电压调整率、开机过冲、开关机特性、输出功率、输出最小固定负载、输出电流、交互调节特性、输入瞬态冲击电压、环路稳定性、成本与面积（体积）、安规、输出短路、高低温工作、高温贮存、低温贮存、恒定湿热、高低温循环、振动、冲击、跌落、运输、低气压、EMC等。

其中高低温工作、高温贮存、低温贮存、恒定湿热、高低温循环、振动、冲击、跌落、运输、低气压、EMC等项目应与整机一致，随整机进行试验，辅助电源不单独进行此类试验。

另外对于监控模块辅助电源，动态响应也应列为必选项目，而对于整流模块辅助电源，动态响应则为可选项目。

有些电源指标对于一般的辅助电源来说不是很重要，除非有特别要求，故此类项目归为可选项目，主要有如下项目：

温度系数、动态响应、容性负载、最大输入电流、辅助电源开关频率、动态输入电压、启动冲击电流、效率、稳压精度、绝缘电阻、耐压等。

另外在些电源指标和功能对于一般的辅助电源来说是不作要求或没有的，如果某个辅助电源对此类指标有要求时，需要在辅助电源规格书中进行特别规定。

此类项目主要有：

输出电压可调性、输出电压杂音、输出电压上升时间、输出电压开机时间、启动延时时间、开机/关机时的输出电压时序、音频隔离度、输入电压过压保护、输出电压过压保护、输入电压欠压保护、输出电压欠压保护、输出限流功能、过温保护等。

4设计原则与要求

　辅助电源必须按下列原则设计：

（1）辅助电源设计首先要满足相应辅助电源规格书中各项指标的要求，且辅助电源的可靠性必须高于主电路可靠性，故其各功率器件的降额幅度应略大于主电路的功率降额幅度。

。

（2）辅助电源设计在满足可靠性第一的要求同时，其它性能指标以适用为主，不要求各性能指标做得最精最好，而是要求辅助电源追求最低的综合成本。

（3）辅助电源的安规等级要与整机保持一致，辅助电源必须满足整机相应的安规要求，如不作特殊说明应满足EN60950的要求。

（4）辅助电源设计中应考虑对整机EMC性能的影响，对于监控辅助电源，应在输入电路中加入EMC滤波网络，并在实际测试过程中对滤波网络参数进行调整。

5实现方案

5.1　方案（拓扑）选择

可以实现辅助电源功能的方案有很多种，包括

　　　　反激变换器

　　　　正激变换器

　　　　取自主变绕组（仅用于整流模块辅助电源）

其中竞争对手SwitchtecR648的辅助电源取自主变，但目前不适合一次电源的使用。

正激变换器一般用在功耗较大的辅助电源中。

因此，反激变换器是一次电源目前首选的方案，如没有特殊的要求，应采用反激变换器方案。

5.2　反激变换器实现方式

反激变换器工作原理在常用的开关电源书中都有介绍，这里仅作简单说明。

反激变换器实现多路输出稳压电压框图如图1。

环路控制一般采用电压误差放大控制峰值电流的方式。

多路输出的一路通过反馈而稳定，其它路或者不稳压，或者加后级稳压（如三端稳压）。

控制器件有两类，一是以UC384X为代表，需要外加开关管。

一类以TopSwitch为代表，集成了控制芯片和开关管，外围电路简单。

一次电源普通使用UC384X集成电路作控制器，并在二次电源、工业电源大量应用，因此目前应使用UC384X系列控制芯片或低温系列芯片。

图1：

反激式多路输出变换器框图

6电路设计

6.1控制芯片的选择

6.1.1　控制芯片类型

6.1.1.1几种类型控制芯片对比（UC的芯片为例）

UC384X系列有很多芯片，差别为电源电压，最大占空比，启动电流等不同。

启动电源电压

关断电源电压

最大占空比

UC3842

16（14.5-17.5）

10（8.5-11.5）

97%（95-100%）

UC3843

8.4（7.8-9.0）

7.6（7-8.2）

97%（95-100%）

UC3844

16（14.5-17.5）

10（8.5-11.5）

48%（47-50%）

UC3845

8.4（7.8-9.0）

7.6（7-8.2）

48%（47-50%）

注：

设计时应特别注意到电源电压具有一定的范围，例如UC3842的最高启动电可达到17.5V；UC3843的最高关断电压可达到8.2V。

6.1.1.2　注意不同后缀的芯片差别（以ST为例）

UC3843为例，有UC3843、UC3843A，UC3843B三种版本，参数上有差别。

例如，对启动电流，UC3843为0.5mA,最大1mA,而UC3843A和UC3843B为0.3mA,最大0.5mA。

电压误差放大器输出电流，UC3843为0.8mA，最小0.5mA。

UC3843A和UC3843B为1mA，最小为0.5mA。

注意不同厂商的参数差别。

6.1.1.3　注意同型号不同厂商的器件，参数可能有差别

例如KA3843B和UC3843B（ST）的差别（部分）

序号

参数

UC3843（ST）

KA3843（FSC）

1