開關(guān)電源設(shè)計(jì)原理及全過程（二）

3.3.17 R8:

R8的作用在保護(hù)Q1,避免Q1呈現(xiàn)浮接狀態(tài)。

3.3.18 R7(Rs電阻)：

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

3.3.19 R5,C3(RC filter)：

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

3.3.20 R9(Q1 Gate電阻 )：

R9電阻的大小，會(huì)影響到EMI及溫昇特性，一般而言阻值大，Q1 turn on / turn off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urn off速度較慢);若阻值較小， Q1 turn on / turn off的速度較快，Q1溫昇較低、效率較高，但EMI較差，一般使用51Ω-150Ω 1/8W.

3.3.21 R6,C4(控制振蕩頻率)：

決定3843的工作頻率，可由Data Sheet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/50V PE電容，R6為3.74KΩ 1/8W精密電阻，振蕩頻率約為45 KHz.

3.3.22 C5:

功能類似RC filter,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。

3.3.23 U1(PWM IC)：

3843是PWM IC的一種，由Photo Coupler (U2)回授信號(hào)控制Duty Cycle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(huì)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(shí)，盡量使用UC3843BN.

3.3.24 R1、R11、R12、C2(一次側(cè)回路增益控制)：

3843內(nèi)部有一個(gè)Error AMP(誤差放大器)，R1、R11、R12、C2及Error AMP組成一個(gè)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(huì)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)。

3.3.25 U2(Photo coupler)

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

3.3.26 R13(二次側(cè)回路增益控制)：

控制流過Photo coupler的電流，R13阻值較小時(shí)，流過Photo coupler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(huì)造成振蕩)，R13阻值較大時(shí)，流過Photo coupler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。

3.3.27 U3(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L431 VKA最大為36V,若再加Photo coupler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)。

3.3.28 R14,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(huì)使增益變慢;電容放小會(huì)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Dynamic load來量測(cè)，即可取得一個(gè)最佳值。

3.3.29 D4(整流二極體)：

因?yàn)檩敵鲭妷簽?.3V,而輸出電壓調(diào)整器(Output Voltage Regulator)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Photo coupler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)。

3.3.30 C8(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。

3.3.31 D5(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/40V Schottky.

3.3.32 C10,R17(二次側(cè)snubber) :

D5在截止的瞬間會(huì)有spike產(chǎn)生，若spike超過二極體(D5)的耐壓值，二極體會(huì)有被擊穿的危險(xiǎn)，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(huì)過熱，應(yīng)避免此種情況發(fā)生。

3.3.33 C11,C13(濾波電容)：

二次側(cè)第一級(jí)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

3.3.34 R19(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(huì)影響效率，使用時(shí)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)。

3.3.35 L3,C12(LC濾波電路)：

LC濾波電路為第二級(jí)濾波，在不影響線路穩(wěn)定的情況下，一般會(huì)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：

4.1.1.1 3843 PIN3腳電壓(full load 4A) :

90V/47Hz = 0.83V

115V/60Hz = 0.83V

132V/60Hz = 0.83V

180V/60Hz = 0.86V

230V/60Hz = 0.88V

264V/63Hz = 0.91V[!--empirenews.page--]

4.1.1.2 Duty Cycle , fT:

4.1.1.3 Vin(min) = 100V (90V / 47Hz full load)

4.1.1.4 Stress (264V / 63Hz full load) :

Q1 MOSFET:

4.1.1.5 輔助電源(開機(jī)，滿載)、短路Pin max.:

4.1.1.6 Static (full load)

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

90V/47Hz 18.7 0.36 4 3.30 0.57 32 13.22 70.7

115V/60Hz 18.6 031 4 3.30 0.52 28 13.22 71.1

132V/60Hz 18.6 0.28 4 3.30 0.50 29 13.22 71.1

180V/60Hz 18.7 0.21 4 3.30 0.49 30 13.23 70.7

230V/60Hz 18.9 0.18 4 3.30 0.46 29 13.22 69.9

264V/60Hz 19.2 0.16 4 3.30 0.45 29 13.23 68.9

4.1.1.7 Full Range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

4.1.1.9 O.C.P.(過電流保護(hù))

90V/47Hz = 7.2A

264V/63Hz = 8.4A

4.1.1.10 Pin(max.)

90V/47Hz = 24.9W

264V/63Hz = 27.1W

4.1.1.11 Dynamic test

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

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

90V/47Hz

264V/63Hz

4.1.1.12 HI-POT test:

HI-POT test一般可分為兩種等級(jí)：

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

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

DA-14B33屬於輸入3 PIN HI-POT test 為1500Vac/1 minute.

4.1.1.13 Grounding test:

輸入為3 Pin(有FG者)，一般均要測(cè)接地阻(Grounding test)，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/3 Second)。

4.1.1.14 溫昇記錄

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)定案後(暫定)，需針對(duì)整體溫昇及EMI做評(píng)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(qǐng)參考附件，D5原來使用BYV118(10A/40V Schottky barrier 肖特基二極管 )，因溫昇較高改為PBYR1540CTX(15A/40V)。

4.1.1.15 EMI測(cè)試：

EMI測(cè)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,CISPR 22 :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(cè)試資料請(qǐng)參考附件) .

4.1.1.16 機(jī)構(gòu)尺寸：

設(shè)計(jì)階段即應(yīng)對(duì)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(cè)試外(是否需重新驗(yàn)證，視情況而定)，每一臺(tái)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(cè)試來完成，ATE測(cè)試必須與電氣規(guī)格相符。

4.1.3 QE驗(yàn)證：

QE針對(duì)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(lì)信號(hào)的激勵(lì)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(lì)信號(hào)的占空比來調(diào)節(jié)的，輸入信號(hào)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(shí)，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(shí)，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(chǎng)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(huì)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(huì)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(jià)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(duì)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(gè)缺點(diǎn)，那就是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高，維修麻煩。對(duì)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(jià)成本較高