内部开关电源设计文件.docx
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内部开关电源设计文件
1目的
希望以简短的篇幅，将公司目前设计的流程做介绍，若有介绍不当之处，请不吝指教.
2设计步骤:
2.1绘线路图、PCBLayout.
2.2变压器计算.
2.3零件选用.
2.4设计验证.
3设计流程介绍（以DA-14B33为例）:
3.1线路图、PCBLayout请参考资识库中讲明.
3.2变压器计算:
变压器是整个电源供应器的重要核心，因此变压器的计算及验证是专门重要的，以下即就DA-14B33变压器做介绍.
3.2.1决定变压器的材质及尺寸:
依据变压器计算公式
ØB（max）=铁心饱合的磁通密度（Gauss）
ØLp=一次侧电感值（uH）
ØIp=一次侧峰值电流（A）
ØNp=一次侧（主线圈）圈数
ØAe=铁心截面积（cm2）
ØB（max）依铁心的材质及本身的温度来决定，以TDKFerriteCorePC40为例，100℃时的B（max）为3900Gauss，设计时应考虑零件误差，因此一般取3000~3500Gauss之间，若所设计的power为Adapter（有外壳）则应取3000Gauss左右，以幸免铁心因高温而饱合，一般而言铁心的尺寸越大，Ae越高，因此能够做较大瓦数的Power。
3.2.2决定一次侧滤波电容:
滤波电容的决定，能够决定电容器上的Vin（min），滤波电容越大，Vin（win）越高，能够做较大瓦数的Power，但相对价格亦较高。
3.2.3决定变压器线径及线数:
当变压器决定后，变压器的Bobbin即可决定，依据Bobbin的槽宽，可决定变压器的线径及线数，亦可计算出线径的电流密度，电流密度一般以6A/mm2为参考，电流密度对变压器的设计而言，只能当做参考值，最终应以温升记录为准。
3.2.4决定Dutycycle（工作周期）:
由以下公式可决定Dutycycle，Dutycycle的设计一般以50%为基准，Dutycycle若超过50%易导致振荡的发生。
ØNS=二次侧圈数
ØNP=一次侧圈数
ØVo=输出电压
ØVD=二极管顺向电压
ØVin（min）=滤波电容上的谷点电压
ØD=工作周期（Dutycycle）
3.2.5决定Ip值:
ØIp=一次侧峰值电流
ØIav=一次侧平均电流
ØPout=输出瓦数
Ø
效率
Ø
PWM震荡频率
3.2.6决定辅助电源的圈数:
依据变压器的圈比关系，可决定辅助电源的圈数及电压。
3.2.7决定MOSFET及二次侧二极管的Stress（应力）:
依据变压器的圈比关系，能够初步计算出变压器的应力（Stress）是否符合选用零件的规格，计算时以输入电压264V（电容器上为380V）为基准。
3.2.8其它:
若输出电压为5V以下，且必须使用TL431而非TL432时，须考虑多一组绕组提供Photocoupler及TL431使用。
3.2.9将所得资料代入
公式中，如此可得出B（max），若B（max）值太高或太低则参数必须重新调整。
3.2.10DA-14B33变压器计算:
✧输出瓦数13.2W（3.3V/4A），Core=EI-28，可绕面积（槽宽）=10mm，MarginTape=2.8mm（每边），剩余可绕面积=4.4mm.
✧假设fT=45KHz，Vin（min）=90V，
=0.7，P.F.=0.5（cosθ），Lp=1600Uh
✧计算式:
●变压器材质及尺寸:
✧由以上假设可知材质为PC-40，尺寸=EI-28，Ae=0.86cm2，可绕面积（槽宽）=10mm，因MarginTape使用2.8mm，因此剩余可绕面积为4.4mm.
✧假设滤波电容使用47uF/400V，Vin（min）暂定90V。
●决定变压器的线径及线数:
✧假设NP使用0.32ψ的线
电流密度=
可绕圈数=
✧假设Secondary使用0.35ψ的线
电流密度=
✧假设使用4P，则
电流密度=
可绕圈数=
●决定Dutycycle:
✧假设Np=44T，Ns=2T，VD=0.5（使用schottkyDiode）
●决定Ip值:
●决定辅助电源的圈数:
假设辅助电源=12V
NA1=6.3圈
假设使用0.23ψ的线
可绕圈数=
若NA1=6Tx2P，则辅助电源=11.4V
●决定MOSFET及二次侧二极管的Stress（应力）:
MOSFET（Q1）=最高输入电压（380V）+
=
=463.6V
Diode（D5）=输出电压（Vo）+
x最高输入电压（380V）
=
=20.57V
Diode（D4）=
=
=41.4V
●其它:
因为输出为3.3V，而TL431的Vref值为2.5V，若再加上photocoupler上的压降约1.2V，将使得输出电压无法推动Photocoupler及TL431，因此必须另外增加一组线圈提供回授路径所需的电压。
假设NA2=4T使用0.35ψ线，则
可绕圈数=
，因此可将NA2定为4Tx2P
●
●
变压器的接线图:
0.35Φx2Px4T
0.35Φx4Px2T
0.32Φx1Px22T
0.32Φx1Px22T
0.23Φx2Px6T
3.3零件选用:
零件位置（标注）请参考线路图:
（DA-14B33Schematic）
3.3.1FS1:
由变压器计算得到Iin值，以此Iin值（0.42A）可知使用公司共享料2A/250V，设计时亦须考虑Pin（max）时的Iin是否会超过保险丝的额定值。
3.3.2TR1（热敏电阻）:
电源启动的瞬间，由于C1（一次侧滤波电容）短路，导致Iin电流专门大，尽管时刻专门短暂，但亦可能对Power产生损害，因此必须在滤波电容之前加装一个热敏电阻，以限制开机瞬间Iin在Spec之内（115V/30A，230V/60A），但因热敏电阻亦会消耗功率，因此不可放太大的阻值（否则会阻碍效率），一般使用SCK053（3A/5Ω），若C1电容使用较大的值，则必须考虑将热敏电阻的阻值变大（一般使用在大瓦数的Power上）。
3.3.3VDR1（突波汲取器）:
当雷极发生时，可能会损坏零件，进而阻碍Power的正常动作，因此必须在靠AC输入端（Fuse之后），加上突波汲取器来爱护Power（一般常用07D471K），但若有价格上的考虑，可先忽略不装。
3.3.4CY1，CY2（Y-Cap）:
Y-Cap一般可分为Y1及Y2电容，若ACInput有FG（3Pin）一般使用Y2-Cap，ACInput若为2Pin（只有L，N）一般使用Y1-Cap，Y1与Y2的差异，除了价格外（Y1较昂贵），绝缘等级及耐压亦不同（Y1称为双重绝缘，绝缘耐压约为Y2的两倍，且在电容的本体上会有“回”符号或注明Y1），此电路因为有FG因此使用Y2-Cap，Y-Cap会阻碍EMI特性，一般而言越大越好，但须考虑漏电及价格问题，漏电（LeakageCurrent）必须符合安规须求（3Pin公司标准为750uAmax）。
3.3.5CX1（X-Cap）、RX1:
X-Cap为防制EMI零件，EMI可分为Conduction及Radiation两部分，Conduction规范一般可分为:
FCCPart15JClassB、CISPR22（EN55022）ClassB两种，FCC测试频率在450K~30MHz，CISPR22测试频率在150K~30MHz，Conduction可在厂内以频谱分析仪验证，Radiation则必须到实验室验证，X-Cap一般对低频段（150K~数M之间）的EMI防制有效，一般而言X-Cap愈大，EMI防制效果愈好（但价格愈高），若X-Cap在0.22uf以上（包含0.22uf），安规规定必须要有泄放电阻（RX1，一般为1.2MΩ1/4W）。
3.3.6LF1（CommonChoke）:
EMI防制零件，要紧阻碍Conduction的中、低频段，设计时必须同时考虑EMI特性及温升，以同样尺寸的CommonChoke而言，线圈数愈多（相对的线径愈细），EMI防制效果愈好，但温升可能较高。
3.3.7BD1（整流二极管）:
将AC电源以全波整流的方式转换为DC，由变压器所计算出的Iin值，可知只要使用1A/600V的整流二极管，因为是全波整流因此耐压只要600V即可。
3.3.8C1（滤波电容）:
由C1的大小（电容值）可决定变压器计算中的Vin（min）值，电容量愈大，Vin（min）愈高但价格亦愈高，此部分可在电路中实际验证Vin（min）是否正确，若ACInput范围在90V~132V（Vc1电压最高约190V），可使用耐压200V的电容;若ACInput范围在90V~264V（或180V~264V），因Vc1电压最高约380V，因此必须使用耐压400V的电容。
3.3.9D2（辅助电源二极管）:
整流二极管，一般常用FR105（1A/600V）或BYT42M（1A/1000V），两者要紧差异:
1.耐压不同（在此处使用差异无所谓）
2.VF不同（FR105=1.2V，BYT42M=1.4V）
3.3.10R10（辅助电源电阻）:
要紧用于调整PWMIC的VCC电压，以目前使用的3843而言，设计时VCC必须大于8.4V（Min.Load时），但为考虑输出短路的情况，VCC电压不可设计的太高，以免当输出短路时不爱护（或输入瓦数过大）。
3.3.11C7（滤波电容）:
辅助电源的滤波电容，提供PWMIC较稳定的直流电压，一般使用100uf/25V电容。
3.3.12Z1（Zener二极管）:
当回授失效时的爱护电路，回授失效时输出电压冲高，辅助电源电压相对提高，现在若没有爱护电路，可能会造成零件损坏，若在3843VCC与3843Pin3脚之间加一个ZenerDiode，当回授失效时ZenerDiode会崩溃，使得Pin3脚提早到达1V，以此可限制输出电压，达到爱护零件的目的.Z1值的大小取决于辅助电源的高低，Z1的决定亦须考虑是否超过Q1的VGS耐压值，原则上使用公司的现有料（一般使用1/2W即可）.
3.3.13R2（启动电阻）:
提供3843第一次启动的路径，第一次启动时透过R2对C7充电，以提供3843VCC所需的电压，R2阻值较大时，turnon的时刻较长，但短路时Pin瓦数较小，R2阻值较小时，turnon的时刻较短，短路时Pin瓦数较大，一般使用220KΩ/2WM.O。
.
3.3.14R4（LineCompensation）:
高、低压补偿用，使3843Pin3脚在90V/47Hz及264V/63Hz接近一致（一般使用750KΩ~1.5MΩ1/4W之间）。
3.3.15R3，C6，D1（Snubber）:
此三个零件组成Snubber，调整Snubber的目的:
1.当Q1off瞬间会有Spike产生，调整Snubber能够确保Spike可不能超过Q1的耐压值，2.调整Snubber可改善EMI.一般而言，D1使用1N4007（1A/1000V）EMI特性会较好.R3使用2WM.O.电阻，C6的耐压值以两端实际压差为准（一般使用耐压500V的陶质电容）。
3.3.16Q1（N-MOS）:
目前常使用的为3A/600V及6A/600V两种，6A/600V的RDS（ON）较3A/600V小，因此温升会较低，若IDS电流未超过3A，应该先以3A/600V为考虑，并以温升
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