内部开关电源设计文件.docx

1、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、PCB Layout.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、PCB Layout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 B(max) = 铁心饱合的磁通密度(Gauss)Lp = 一次侧电感值(uH)Ip = 一次侧峰值电流(A)Np =

2、一次侧(主线圈)圈数Ae = 铁心截面积(cm2)B(max) 依铁心的材质及本身的温度来决定，以TDK Ferrite Core PC40为例，100时的B(max)为3900 Gauss，设计时应考虑零件误差，因此一般取30003500 Gauss之间，若所设计的power为Adapter(有外壳)则应取3000 Gauss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

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Duty cycle (工作周期):由以下公式可决定Duty cycle ，Duty cycle的设计一般以50%为基准，Duty cycle若超过50%易导致振荡的发生。 NS = 二次侧圈数NP = 一次侧圈数Vo = 输出电压VD= 二极管顺向电压Vin(min) = 滤波电容上的谷点电压D = 工作周期(Duty cycle)3.2

4、.5决定Ip值: Ip = 一次侧峰值电流Iav = 一次侧平均电流Pout = 输出瓦数效率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Photo coupler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(ma

5、x)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，Margin Tape = 2.8mm(每边)，剩余可绕面积=4.4mm.假设fT = 45 KHz ，Vin(min)=90V，=0.7，P.F.=0.5(cos)，Lp=1600 Uh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Margin Tape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(mi

6、n)暂定90V。决定变压器的线径及线数:假设NP使用0.32的线电流密度=可绕圈数=假设Secondary使用0.35的线电流密度=假设使用4P，则电流密度= 可绕圈数=决定Duty cycle:假设Np=44T，Ns=2T，VD=0.5(使用schottky Diode)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0.23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)+ =463.6VDiode(D5)=输出电压(Vo)+x最高输入电压(380V

7、)=20.57VDiode(D4)=41.4V其它:因为输出为3.3V，而TL431的Vref值为2.5V，若再加上photo coupler上的压降约1.2V，将使得输出电压无法推动Photo coupler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0.35线，则可绕圈数=，因此可将NA2定为4Tx2P 变压器的接线图:0.35x2Px4T0.35x4Px2T0.32x1Px22T0.32x1Px22T0.23x2Px6T3.3零件选用:零件位置(标注)请参考线路图: (DA-14B33 Schematic)3.3.1FS1:由变压器计算得到Iin

8、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/5)，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

9、(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AC Input有FG(3 Pin)一般使用Y2- Cap ， AC Input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-C

10、ap，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(Leakage Current )必须符合安规须求(3Pin公司标准为750uA max)。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: FCC Part 15J Class B 、 CISPR 22(EN55022) Class B 两种 ， FCC测试频率在450K30MHz，CISPR 22测试频率在150K30MHz， Conduction可在厂内以频谱分析仪验证，Radiation 则

11、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1.2M 1/4W)。3.3.6LF1(Common Choke):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Common Choke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

12、，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AC Input 范围在90V132V (Vc1 电压最高约190V)，可使用耐压200V的电容;若AC Input 范围在90V264V(或180V264V)，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/10

13、00V)，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)3.3.10 R10(辅助电源电阻):要紧用于调整PWM IC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)。3.3.11 C7(滤波电容):辅助电源的滤波电容，提供PWM IC较稳定的直流电压，一般使用100uf/25V电容。3.3.12 Z1(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

14、在若没有爱护电路，可能会造成零件损坏，若在3843 VCC与3843 Pin3脚之间加一个Zener Diode，当回授失效时Zener Diode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).3.3.13 R2(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3843 VCC所需的电压，R2阻值较大时，turn on的时刻较长，但短路时Pin瓦数较小，R2阻值较小时，turn on的时刻较短，短路时Pin

15、瓦数较大，一般使用220K/2W M.O。.3.3.14 R4 (Line Compensation):高、低压补偿用，使3843 Pin3脚在90V/47Hz及264V/63Hz接近一致(一般使用750K1.5M 1/4W之间)。3.3.15 R3，C6，D1 (Snubber):此三个零件组成Snubber，调整Snubber的目的:1.当Q1 off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2W M.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)。3.3.16 Q1(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