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      反激開關電源實戰經驗實例直播

       六云ocbohngfbq 2016-07-18

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      下面所說只是個人經驗,萬事沒有絕對只有萬一。


        大綱:

        A、能效經驗。

        B、參數計算。

        C、設計調試經驗。

        D、畫板經驗。

        


        先上原理圖.


        A、能效。

        6級能效明年初就要出來了,面對迷你高能效,對工程師來說又是很大的壓力。

        調試多了,發現在不能換大功率器件的時候能效都是扣出來的,當然提高了能效其他方面也會帶來影響,所以尼我們要用最低的成本最高能效,去找一個平衡。

        1、變壓器AP AE越大越好。

        2、加大電感變壓器線徑,在低壓時比較明顯,調大到一定程度就沒有什么效果了。

        3、R1 R2 X電容釋放電阻,越大損耗越小,空載功耗效率都可以上來,同時要滿足1S降到37%的電壓,所以要找個平衡。

        4、CE1在有些方案中電容加大,功率器件 變壓器MOS 肖特基 IC都會溫度降低。

        5、橋堆,壓降,目前低Vf值的橋堆,來提升能效。

        6、R3 R4啟動電阻,越大能效越好,但是有個問題,啟動時間,所以這里也要去找個平衡,或者做二級就是說放2個電容二極管隔離來減小啟動時間問題。

        7、R5R6吸收電阻,電阻越大消耗的能量也就越小,帶來的后果是Vds電壓升高,所以要在能效和Vds直接去取一個平衡。

        8、R9驅動電阻,越小損耗越小,帶來的后果是輻射效果,同樣去找一個平衡。

        9、CS電阻,越大損耗越大輕載時比較明顯。

        10、C17改善輻射,同時存在損耗影響效率。

        11、正向壓降反向樓電流越小越好,做個試驗,同樣10U45 277封裝過程120度,Dlodes108度,PFC98度。

        12、假負載越大越好,低了損耗加大,增加空載功耗降低效率。 確定是空載電壓不穩(不是所有方案)

        13、MOS減小Rds導通損耗,驅動并一個二極管,快速關斷,減小電壓電流交叉面積。

        14、C2 RCD電容越小越好,帶來的后果是Vds電壓升高,所以要在能效和Vds直接去取一個平衡。

        15、加大變壓器感量。

        16、加大匝比,同時Vds升高。

        17、減少變壓器屏蔽,1個屏蔽在1個點左右。

        18、更換磁芯材質,PC40換成PC44,能提高1-2個點。

        19、選擇低ESR的濾波電容。

        20、三明治繞法,降低漏感加強耦合,提高2個點左右。

       B 參數計算:

        變壓器:

        頻率;?=65K

        輸入電壓范圍:Pin=100-240V

        輸出電壓:Po=12V

        效率:η=84%

        Vcc供電電壓:Vcc=15.5V

        最大占空比:Dmax=0.45

        ΔB=0.2

        1、最小直流電壓:Vinmin=90*1.2=108V

        2、最大直流電壓:Vinmax=264*1.414=375V

        


        3、選擇磁芯:AP=【(Po/η Po)*10000】/(2*ΔB*?*J*Ku)

        =【(24/0.84 24)*10000】/(2*0.2*65*1000*400*0.2)

        =525714/2080000  0.25 cm4

        J電流密度=400 Ku繞組系數=0.2

        選擇EF25 AP=0.237cm4 AE=51.8mm2

        


        4、Ton計算: Ton=T*D=1/6/5000*0.45=6.9us

        5、初級計算: Np=VINmin*ton/ΔB/AE 108*6.9/0.2/51.8 72T

        6、次級匝數計算: NS=(Vo Vd)*(1-Dmax)*NP/(VINmin*Dmax) =(12 0.6)*(1-0.45)*72/(108*0.45)  10T

        7、匝比計算:N=Np/Ns=72/10=7.2T

        8、電流平均值:Iav=Po/η/Vinmin=24/0.84/108 =0.265A

        9、峰值電流計算 Ipk=Iav*2/Dmax=0.265*2/0.45=1.178A

        10、電流變化率ΔI 計算:CCM Ip2=3Ip1 Ipk=Ipk1 Ipk2

        IP1=1.178/4=0.2965A IP2=1.178-0.2695=0.884A

        ΔI =Ip2-Ip1

        =0.884-0.2965=0.5865A

        11、電流有效值:Irms=IPK*

      =1.178*0.512=0.6A

        Krp(0.4-0.6) ΔI/Ipk=Krp 最大電流脈動系數

        


      12、初級電感量計算:Lp=Vinmin*ton/ΔI=108*6.9/0.5865=1.27mH

        13、驗證是否飽和:ΔB=Lp*Ipk/Np/Ae=1.27*1.178/72/51.8=0.4T<0.32T 太高了我們把感量降低一點1mH再驗證

        ΔB=Lp*Ipk/Np/Ae=1*1.178/72/51.8=0.315T<0.32T

        這里具體繞制時再去決定增加圈數還是降低繞組。

        14、次級峰值電流:Ipks=Ipk*N=1.178*7.2=8.48A

        15、次級有效值計算:Irms=IsPK*

      =8.48*0.566=4.78A

        12、初級線徑計算:Dp=

      *2 =0.178*2=0.35mm J=5-7 這里取6

        13、次級線徑計算:Ds=

      *2 =0.39*2=0.78mm J取10

        14、集膚深度:導線線徑不超過集膚深度的2倍,若超過集膚深度,則需多股并繞。δ=66.1/√∫cm=66.1/254.95=0.259mm 0.259*2=0.52mm

        多股線計算=0.78/根號股數=0.78/1.414=0.55mm*2 取0.5*2 或0.55*2

        15、次級V/N=(12 0.6)/Ns=12.6/10==1.26/T

        16、反饋繞組計算: Nvcc=Vcc/Va=15.5/1.26=12T

        變壓器參數:Lp:1mH

        NP1: 38T 0.35mm

        Ns:10T 0.5*2

        Np2: 34T 0.35mm

        Nvcc:12T 0.18


        NP放在第一層這樣每咋的長度最短減少匝間電容,起線放在MOS端使dv/di最大的部分被繞組屏蔽EMI較好,Vcc放在最外層Vcc滿載不至于過壓,放在初次級之間充當屏蔽。初次級之間加屏蔽,銅箔屏蔽要比線屏蔽效果好,線跟線之間存在縫隙。需要時磁芯外可以包外屏蔽但是屏蔽也是會產生損耗的效率會下降。


        1、保險絲:Irmsmax=Iav/0.6 0.6無PFC 加PFC0.9

        =0.265/0.6

        =0.44A

        If=Irmsmax*2 溫度升高降額及安規要求降額

        =0.88Amin


        輸入額定100-264V,選擇耐壓250V保險絲

        額定電壓:即保險絲熔斷兩端電壓,大于輸入額定電壓即可250V

        熔斷積分:0.5*Ipk2*t=0.5*Ipk2*(1/T/2) 對表查看可開關的次數。

        額定電流:電流承載能力。

        分斷能力:額定電壓下,保險絲能夠安全的開路,阻止電流上升至破壞值損毀元器件

        

      保險絲參數:1A/250V


        橋堆選擇:

        Vd=2√2*Vinmax=2*Vinmax=747V

        加470V壓敏防雷擊后其殘壓越775V左右*1.1(它表示在規定的沖擊電流Ip通過壓敏電阻器兩端所產生的電壓此電壓又稱為殘壓,所以選用的壓敏電阻的殘壓一定要小于被保護物的耐壓水平。)

        Vd=775*1.1=852.5V 471最大殘壓775V

        BR1=5*Iav=5*0.265=1.325A

        橋堆參數:1A/1KV


        壓敏選擇:

        1、壓敏電阻:V1ma=a*Vinmax/b/c a:電壓波動系數1.2 b:壓敏誤差系數0.85 c:壓敏老化系數0.9

        =1.2*374/0.85/0.9

        =487.9V

        1000/2=500A IEC61000-4-5浪涌波形發生器對外輸出有2歐的電阻通容量500A,考慮到流通容量隨次數增加衰減需選取2倍。

        V1ma:閥值電壓或擊穿電壓壓敏不能持續流過mA級電流,此電壓為流過1mA直流電流壓敏電壓。

        限制電壓Vc:為殘壓壓敏擊穿2端的電壓。

        流通容量:壓敏承受規定的電流電壓波形及次數后,壓敏電壓不可超過10%的最大沖擊電流的峰值。

        

        

        

        

        



        根據上述選型表選擇7D471K


        X電容

        安規規定X電容超過0.1uF需要加釋放電阻,保證輸入斷電1S內降到安全電壓,輸入峰值電壓的37%

        0.65*R*Cx=1 如Cx0.22uF

        R=1/0.65/0.22=7Mmax Cx:uF R單位M

        R=1/0.65/0.22=7M max 我們選擇R1A 1M R1B 2M 這里還要注意耐壓我們選擇2顆1206貼片電阻

        因其他放電回路X電容漏電流這些因數所以最好實測調試。

        


        輸入2pin為2類,輸入3pin為1類,2類加強絕緣,1類基本絕緣。2類選擇X2電容,容量越大傳導效果越好。

        輸入最大值:264

        X電容參數:X2 0.1uF/275V


        電解電容選擇:

        當低電壓和滿載時,輸入電流和紋波電壓才是最大的,所以我們選擇低壓計算,因為我們電源是要保持輸出電壓調整率的,在橋式整流電路中,只有輸入電壓大于電解電容時橋堆導通才給電容充電,在橋堆不導通的時間內,輸出的能量由電容提供,所以低壓滿載時電容的放電斜率是最大的即ΔV,整流橋的電流也是最大。

        C=24/0.9/η/?min/Vacmin2=24/0.9/65/902=50uF

        V>Vinmax(375V)

        電解電容參數:47uF/400V

        共模電感選擇:

        我不太喜歡去算太復雜。

        先上一個20mH UU9.8 測試傳導去改變感量

        Ds=

      *2=0.138*2=0.27mm

        共模電感:20mH 0.27mm UU9.8

        啟動電阻R3 R4:

        (Vinmin-Vcc)/啟動電流=R=(108-15.5)/5=18M(max)

        電阻太小啟動時間太長,這里選擇2M

        PW=(108-15.5)*(108-15.5)/R=0.042W

        兩端電壓 375V

        R3 R4取值2M 1206

        VCC電容、整流二極管、限流電阻選擇。

        VCC電容10-15uF 根據推薦值選取,耐壓大于Vcc OVP值一般30V左右

        CE2Vcc電容取值:10uF 50V

        D2整流二極管 快管 DFR1M

        R8限流電阻2-10R選擇 10R

        RCD吸收

        D1 1N4007

        R5//R6經驗取100-200K 這里取R5200K R6200K 實際根據Vds效率調整

        C2經驗取102-222這里取102/1KV


        計算方法:

        Vsn(電容兩端電壓)=0.9*BVdss-Vin

        VRO(反射電壓)=(Vo Vd)/(NS/NP)

        R=2(Vsn-Vor)*Vsn/(Lk*Ip*Ip*fs)

        鉗位電容的值C=Vsn/(ΔV*R*fs)

        



        這個脈動電壓ΔV取鉗位電壓Vsn的5%-10%


        以上總結,算出來的結果還得再試驗中得到驗證,只能做個參考;所以我們應以計算為基礎,根據實驗來回調整,找到一個更適合你的值。還有吸收電阻R一定要考慮降額使用,滿足功率要求。


        R7限流電阻 減小di改善EMI,經驗取47-100R,這里我用47R 1206


        MOS選擇:

        Vor=(Vo Vd)/NS*NP=(12 0.6)/10*72=90.27

        Vds=Vinmax Vor 漏感(90V) 30(余量)

        =375 90.72 90 30V=586,選擇600V的管子

        I=Io*3 取(輸出電流2-3倍)

        MOS損耗Irms2*Rds=Psw

        封裝根據空間盡量取大點,扇熱好溫度低。

        MOS參數:6N60 TO-220封裝

        MOS驅動及柵極下拉電阻。

        R9經驗值20R-47R

        D3經驗值1N4148,快速關短

        R10柵極下來電阻 經驗值10K


        主要參考推薦值

        CS電阻

        Rcs=Vcs/(IpK*1.2)=0.875/(1.178*1.1)=0.675 Vcs閥值電壓1.2余量

        PR=Irms*Vcs=0.6*0.875=0.525W 5pcs1206

        R12 R12A R13 R14 R15參數:3.3R1206

        R11 C3參照參考值即可,RC濾波來消弱HV對CS腳沖擊保護IC。CS腳上的波形比上面的波形平滑而且不會有那么多毛刺,因為有RC濾波。


        R11 C3 參數:

        R11 100R

        C3 101/50V

        C4 FB濾波 推薦值102/50

        C5結3腳保護腳,不使用的情況下 推薦貼一顆電阻推薦值104/50V


        肖特基選擇:

        反向電壓(Vo Vd) Vinmax/Np*Ns=12.6 52=64.6V,余量64.6*2=77.52V

        I=Io*5=2*5=10A

        封裝TO-220,主要看溫度效率

        肖特基參數:10A100VTO-220

        C6R16吸收:C6:經驗值102-222

        R16:經驗值20-47R

        測試輻射再去調整


        吸收參數:

        C6:102/100V0805

        R16:22R 0805


        輸出濾波:

        電容電壓(Vo Vd)*1.2=12.6*1.2=15.12V

        容量 Io*6=1200uF

        L1差模電感選擇 10uF以內 線徑 (Io/3.14/7)開根號*2=0.6mm

        R17假負載 盡量大,(Vo Vd)/Pw=12.6/0.12=0.0095=I 1206Pw= 0.125W

        (Vo Vd)/I=12.6/0.0095=1.326K

        輸出共模100uF左右線徑 (Io/3.14/7)開根號*2=0.6mm

        參數:CE3:680uF/16V CE4:680uF/16V

        L1:3.3uF/06mm

        R17:1.5K 1206

        LF2:100uF/06mm


        反饋:

        R18=(Vo-VLED-V431)/If=(12-1.2-2.5)/0.012=691R 817 If:1-50mAmax 431:1-100mA If:取12Ma

        取680R PW=(12-1.2-2.5)*0.012=0.0996W

        VLED:1.2-1.4V

        R19 1.2V/0.001A=1.2K

        Pw=1.4V*0.001=0.0014W

        (1 R1/R22)*2.5= (1 39K/N)*2.5=12V N=10K

        Pw=12/(39k 10k)=0.00025w


        參數:

        R18: 680R 0805

        R19:1.2K 0603

        R21:39K 0603 1%

        R22:10K 0603 1%

        C8 R20:經驗取值105And1K或104And10K


        Y電容:

        根據初級峰值電壓選取Y1,Y1參數交流額定工作電壓250V,直流額定工作電壓400V;二類產品漏電流小于0.25mA CY=Ileakage/2/π/?/Vrmsmax=0.25/2/3.14/63/264*10-6=2.39nFmax 可以選擇不超過2390pF的電容 我們先選擇Y1 102/400V的根據EMI再去調整,也可以選擇2個Y2串聯。

        Y電容參數:Y1 102/400V

        



        C、調試經驗。


        1、保險絲保證正常工作電流不損壞,產品損壞大電流時,認證前面是接了一個空氣開關之類的,保證在空氣開關關斷前先斷開,斷開后耐壓保證不拉弧,額定100-240 250V保險絲即可,認證這一項只管滿足額定即可,保險絲屬于安規器件所以元器件就要滿足安規比如我們做UL需要元器件有UL認證,3C元器件需做CQC認證。保險絲前后距離,海拔2000米大于2.0mm 海拔5000米大于2.5mm。

        2、壓敏電阻,我們做開關電源范圍都是90-264,471的壓敏即可,具體7D 10D 14D看我們打差模還是共模和幾KV。屬于安規器件所以元器件就要滿足安規比如我們做UL需要元器件有UL認證,3C元器件需做CQC認證。在后級原件可以承受所打雷擊時,可以不加。

        3、X電容,大于0.11uF需要釋放電阻來滿足1S電壓釋放至37%,實際選擇還是要看傳導,電壓需滿足耐壓我們電源屬于消費類產品2類產品所以選擇X2。屬于安規器件所以元器件就要滿足安規比如我們做UL需要元器件有UL認證,3C元器件需做CQC認證。容值越大傳導越好。

        4、 共模電感,經驗是越大傳導越好。碰過一次高壓效率OK,低壓效率低了就是因為這里線細了。

        5、 CE1單電壓220V取值Po*1,寬電壓100-240V取值PO*2,電容太小可能會產生的問題低壓帶載不能起機,功率器件溫度高,傳導不好。

        6、R3 R4啟動電阻,太小空載功耗低能效低,高了起機時間慢。可以接在L N或者釋放電阻去降低空載功耗。同樣有起機時間慢的問題。

        7、Vcc電容,盡量取大點,碰到過在滿載轉空載時電壓有個跌落,進入欠壓保護。并一個高頻電容可以濾除高頻雜波。

        8、R5 R6 吸收電阻,一般選擇100-200K小功率1顆中功率要用到2-3顆,具體看功率。越小Vds越低,能效越差。

        9、C2吸收電容,選擇102-222,電容越大Vds越低,能效越差。經驗:更換材質可以降低噪聲。

        10、D1二極管,快慢管可以根據EMI噪聲選擇。經驗慢管可以減少MOS關斷時的震蕩頻率。

        11、R7限流電阻,降低di,可以改善EMI。

        12、R8限流電阻,限制VCC供電電流及濾除尖峰的作用,一般2-10R,調整這個電阻可以改變Vcc電壓,盡量小一點有方案中遇到過大了,空載電壓飄高。

        13、D2整流管,盡量選擇快管,碰到過使用慢管空載電壓飄高,碰到一種情況VCC電壓OVP,快管換慢管可以降低。

        14、R9驅動電阻一般我取30-47R之間,大一點EMI好,但是效率會下來,這里遇到過問題,一個方案中大于39R,空載電壓會跳。

        15、D3快速釋放 提高關斷速度,減小電壓電流交叉面積,減小損耗。因為布線中存在ESL,在驅動波形震蕩厲害的情況下可以穿個小電阻來改善。

        16、R10柵極下拉電阻,一般去10K,釋放柵極結電容,防止誤動作,可以接在S極或地。

        17、C17在ds預留一個電容位置,改善EMI,100-101,太大影響效率。

        18、R11 C3組成以個RC濾波選擇按IC資料,主要有RC濾波,消隱,延時的作用具體看方案。C3不要太大,有碰到裝104低壓帶載不能起機。

        19、C4 FB濾波,SSR中沒遇到過問題,在PSR方案中碰過,短路不保護炸機,可以在FB并一個小電容我是并了1個47pF。

        20、3腳保護腳,這里我沒用所以并個電容,據FAE介紹可以懸空。這里還可以做輸出OVP,在輸出做一個穩壓電路接光耦過呀點亮FB拉低過壓保護。

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