12v3a開關(guān)電源研發(fā)范例

1/20目的教.設(shè)計(jì)步驟:繪線路圖、PCBLayout.變壓器計(jì)算.零件選用.設(shè)計(jì)驗(yàn)證.線路圖、PCBLayout請(qǐng)參考資識(shí)庫(kù)中說(shuō)明.變壓器計(jì)算:變壓器是整個(gè)電源供給器的重要核心，所以變壓器的計(jì)算及驗(yàn)證是很重要的，以下即就DA-14B33變壓器做介紹.:依據(jù)變壓器計(jì)算公式B(max) LpxIpx100GaussNpxAeB(max) = 鐵心飽合的磁通密度(Gauss)Lp=一次側(cè)電感值(uH)Ip=一次側(cè)峰值電流(A)Np=一次側(cè)(主線圈)圈數(shù)Ae=B(max)依鐵心的材質(zhì)及本身的溫度來(lái)打算以EC28 PC40為例，100℃時(shí)的B(max)為3900Gauss，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮零件誤差，所以一3000~3500Gausspower為Adapter(有外殼)3000Gauss左右，以避開鐵心因高溫而飽合，一般而言鐵心的尺寸越大，Ae越高，所以可以做較大瓦數(shù)的Power。打算一次側(cè)濾波電容:o濾波電容的打算，可以打算電容器上的Vin(min)，濾波電容越大，Power，但相對(duì)價(jià)格亦較高。在一樣的價(jià)格下可以盡量選用大容量的電容。一般選擇電容為2P。o打算變壓器線徑及線數(shù):BobbinBobbin的槽寬，可打算變壓器的線徑及線數(shù)，亦可計(jì)算出線徑的電流密度，電流密6A/mm2為參考，電流密度對(duì)變壓器的設(shè)計(jì)而言，只能當(dāng)做參考值，最終應(yīng)以溫升記錄為準(zhǔn)。打算Dutycycle(工作周期):由以下公式可打算DutycycleDutycycle的設(shè)計(jì)一般以50Dutycycle50%易導(dǎo)致振蕩的發(fā)生。Ns(VoV

)(1D)DNp Vin(min)D=N 二次側(cè)圈數(shù)=S=N 一次側(cè)圈數(shù)=PVo=輸出電壓=V 二極管順向電壓=DVin(min)=濾波電容上的谷點(diǎn)電壓D=工作周期(Dutycycle)打算Ip值:1IpIav 1

Iav

IVin(min)P2Ip=一次側(cè)峰值電流

Vin(min)D

Lp fIav=一次側(cè)平均電流Pout=輸出瓦數(shù)效率fPWM震蕩頻率打算關(guān)心電源的圈數(shù):依據(jù)變壓器的圈比關(guān)系，可打算關(guān)心電源的圈數(shù)及電壓。打算MOSFET及二次側(cè)二極管的Stress(應(yīng)力):(Stress)是否264V(電容器上為380V)為基準(zhǔn)。其它:5V以下，且必需使用TL431TL432時(shí)，須考慮多一組繞組供給Photocoupler及TL431使用。將所得資料代入B(max)LpxIpx100Gauss公式中，如此可得出B(max)，NpxAe假設(shè)B(max)值太高或太低則參數(shù)必需重調(diào)整。DA-14B33變壓器計(jì)算:MarginTape2.8mm(每邊)，剩余可繞面積=4.4mm.fT=45KHzUh計(jì)算式:變壓器材質(zhì)及尺寸:由以上假設(shè)可知材質(zhì)為PC-40，尺寸=EI-28，Ae=0.86cm2，可繞面積(槽寬)=10mm，因MarginTape2.8mm4.4mm.90V。:Iin Pout 13.2

0.42AVin(min)cos 900.70.5假設(shè)NP

0.32ψ的線電流密度= 0.423.140.322

0.42 1.286A3.140.10242 2 可繞圈數(shù)=剩余可繞面積 4.4

12.57圈線徑 0.320.03假設(shè)Secondary0.35ψ的線電流密度= 43.140.352

4 44.07A3.140.0289 2 4P，則電流密度44.0711.02A4可繞圈數(shù)

4.4

11.57圈0.350.03打算Dutycycle:假設(shè)Np=44T，Ns=2T，V=0.5(使用schottkyDiode)Ns

D DNp Vin(min)D2 3.3051D D48.2%44 90D打算Ip值:1IpIav I12Iav

Pout 13.2

0.435AVin(min)D 900.70.482IVin(min)D 90 0.482

0.603ALp f 1600u 45K0.603Ip0.4352

0.737A打算關(guān)心電源的圈數(shù):假設(shè)關(guān)心電源=12VNs

3.8

2 3.8

N =6.3圈N 12A1

N 12 A1A10.23ψ的線可繞圈數(shù)= 4.4 圈(0.230.02)A1假設(shè)N =6Tx2P，則關(guān)心電源=11.4VA1打算MOSFET及二次側(cè)二極管的Stress(應(yīng)力):2=463.6V

Ns D238044=20.57VDiode(D4)=輸出電壓(N )A2

Nsx最高輸入電壓(380V)NpNs最高輸入電壓(380V)Np其它:

4380=41.4V443.3V，而TL431的Vref2.5V，假設(shè)再加上photocoupler1.2V，將使得輸出電壓無(wú)法AT36—12V3A設(shè)計(jì)流程簡(jiǎn)介推動(dòng)Photocoupler及TL431，所以必需另外增加一組線圈供給回授路徑所需的電壓。A2假設(shè)N =4T使用0.35ψ線，則A2可繞圈數(shù)

4.4

11.58T，所以可將NA24Tx2P0.350.03Ns 3.8 23.8 V

N V 4 V A2A2 A2 A2B(max)LpIp100NpAe變壓器的接線圖:0.32Φx1Px22T

16000.737(Gauss) 1003116.3Gauss440.860.35Φx4Px2T0.32Φx1Px22T0.35Φx2Px4T零件選用:零件位置(標(biāo)注)請(qǐng)參考線路圖:(DA-14B33Schematic)FS1〔熔斷器：由變壓器計(jì)算得到Iin值，以此Iin值(0.42A)可知使用公司共享料2A/250V，設(shè)計(jì)時(shí)亦須考慮Pin(max)時(shí)的Iin是否會(huì)超過(guò)保險(xiǎn)絲的額定值。0.23Φx2Px6TTR1(熱敏電阻):6/2010/20電源啟動(dòng)的瞬間，由于C1(一次側(cè)濾波電容)短路，導(dǎo)致Iin電流很大，Power前加裝一個(gè)熱敏電阻，以限制開機(jī)瞬間Iin在Spec之內(nèi)(115V/30A，230V/60A)(否則會(huì)影響效率)，一般使用SCK053(3A/5Ω)，假設(shè)C1電容使用較大的值，則必需考慮將熱敏電阻的阻值變大(一般使用在大瓦數(shù)的Power上)。VDR1(突波吸取器，也叫壓敏):當(dāng)雷極發(fā)生時(shí)，可能會(huì)損壞零件，進(jìn)而影響Power的正常動(dòng)作，所以AC(Fuse之后)，加上突波吸取器來(lái)保護(hù)Power(一般07D471K)，但假設(shè)有價(jià)格上的考慮，可先無(wú)視不裝。CY1，CY2(Y-Cap):Y-Cap一般可分為Y1及Y2電容，假設(shè)ACInput有FG(3Pin)一般使用Y2-Cap，ACInput2Pin(只有L，N)Y1-Cap，Y1與Y2的差異，除了價(jià)格外(Y1較昂貴)，絕緣等級(jí)及耐壓亦不同(Y1稱為雙重絕緣，絕緣耐壓約為Y2的兩倍，且在電容的本體上會(huì)有“回”符FG所以使用會(huì)影響EMI特性，一般而言越大越好，但須考慮漏電及價(jià)格問(wèn)題，漏電(Leakage(3Pin750uAmax)。CX1(X-Cap)、RX1:X-Cap為防制EMI零件，EMI可分為Conduction及Radiation兩局部，Conduction標(biāo)準(zhǔn)一般可分為:FCCPart15JClassB、CISPR22(EN55022)ClassB兩種，F(xiàn)CC測(cè)試頻率在450K~30MHCISPR22150K~30MHz，Conduction可在廠內(nèi)以頻譜驗(yàn)證，Radiation則必需到試驗(yàn)室驗(yàn)證，X-Cap一般對(duì)低頻段(150K~數(shù)M之間)的EMI防制有效，一般而言X-Cap愈大，EMI防制效果愈好(但價(jià)格愈高)，假設(shè)X-Cap0.22uf以上(0.22uf)，安規(guī)規(guī)定必需要有泄LF1(CommonChoke):EMI防制零件，主要影響Conduction的中、低頻段，設(shè)計(jì)時(shí)必需同時(shí)考慮EMI特性及溫升，以同樣尺寸的CommonChoke而言，線圈數(shù)愈多(相對(duì)的線徑愈細(xì))，EMI防制效果愈好，但溫升可能較高。BD1(整流二極管):將AC電源以全波整流的方式轉(zhuǎn)換為DCIin值，1A/600V的整流二極管，由于是全波整流所以耐壓只要600V即可。C1(濾波電容):由C1的大小(電容值)可打算變壓器計(jì)算中的Vin(min)Vin(min)是否200V的電容;假設(shè)ACInput90V~264V(180V~264V)，因Vc1380V400V的電容。D2(關(guān)心電源二極管):整流二極管，一般常用FR105(1A/600V)或BYT42M(1A/1000V)，兩者主要差異:1.耐壓不同(在此處使用差異無(wú)所謂)2.VF不同(FR105=1.2V，BYT42M=1.4V)R10(關(guān)心電源電阻):主要用于調(diào)整PWMIC的VCC3843而言，設(shè)計(jì)時(shí)VCC8.4V(Min.Load時(shí)VCC電壓不行設(shè)計(jì)的太高，以免當(dāng)輸出短路時(shí)不保護(hù)(或輸入瓦數(shù)過(guò)大)。C7(濾波電容):關(guān)心電源的濾波電容，供給PWMIC較穩(wěn)定的直流電壓，一般使用100uf/25V電容。Z1(Zener二極管):當(dāng)回授失效時(shí)的保護(hù)電路，回授失效時(shí)輸出電壓沖高，關(guān)心電源電壓3843VCC3843Pin3腳之間加一個(gè)ZenerDiode，當(dāng)回授失效時(shí)ZenerDiode會(huì)的目的.Z1值的大小取決于關(guān)心電源的凹凸，Z1的打算亦須考慮是否超過(guò)Q1的VGS(一般使用1/2W即可).R2(啟動(dòng)電阻):3843R2對(duì)C73843VCC所需的電壓，R2阻值較大時(shí)，turnon的時(shí)間較長(zhǎng)，但短Pin瓦數(shù)較小，R2阻值較小時(shí)，turnonPin220KΩ/2WM.O。.R4(LineCompensation):3843Pin390V/47Hz264V/63Hz接近全都(一750KΩ~1.5MΩ1/4W之間)。R3，C6，D1(Snubber):SnubberSnubber的目的:1.Q1off瞬間會(huì)有SpikeSnubberSpikeQ1的耐壓值，2.SnubberEMI.一般而言，D11N4007(1A/1000V)EMI特性會(huì)較好.R32WM.O.電阻，C6的耐壓值以兩端實(shí)際壓差為準(zhǔn)(500V的陶質(zhì)電容)。Q1(N-MOS):目前常使用的為3A/600V及6A/600V兩種，6A/600V的R 較DS(ON)3A/600V小所以溫升會(huì)較低假設(shè)I 電流未超過(guò)3A應(yīng)領(lǐng)先以3A/600VDS6A/600V3A/600V許多，Q1的使用亦需考慮V 是否超過(guò)額定值。DS3.3.17R8:R8的作用在保護(hù)Q1，避開Q1呈現(xiàn)浮接狀態(tài)。R7(Rs電阻):3843Pin31V，R7的大小須與R42WM.O.電阻，設(shè)計(jì)時(shí)先打算R7后再加上R4補(bǔ)3843Pin30.85V~0.95V之間(1V1V)。R5，C3(RCfilter):濾除3843Pin3R5一般使用1KΩ1/8W，C3一般使用102P/50V的陶質(zhì)電容，C3假設(shè)使用電容值較小者，重載可能不開機(jī)(由于3843Pin31V);及短路Pin過(guò)大的問(wèn)題。R9(Q1Gate電阻):(主要是由于turnoff速度較慢);Q1turnon/turnoff的速度較快，Q1溫升較低、效率較高，但EMI51Ω-150Ω1/8W。R6，C4(掌握振蕩頻率):3843的工作頻率，可由DataSheet得到R、C組成的工作頻率，C410nf的電容(5%)，R6DA-14B33為例，C4103P/50VPE電容，R63.74KΩ1/8W周密電阻，振45KHz。3.3.22C5:功能類似RCfilter，主要功用在于使高壓輕載較不易振蕩，一般使用101P/50V陶質(zhì)電容。U1(PWMIC):3843是PWMICPhotoCoupler(U2)回授信號(hào)掌握DutyCycle的大小，Pin3腳具有限流的作用(1V)3843中，有KA3843(SAMSUNG)及UC3843BN(S.T.)兩種，兩者腳位一樣，但產(chǎn)生的振蕩頻率略有差異，UC3843BN較KA38432KHz，fT的增加會(huì)衍生出一些問(wèn)題(例如:EMI問(wèn)題、短路問(wèn)題)，因KA3843較難買，所以機(jī)種設(shè)計(jì)時(shí)，盡量使用UC3843BN。R1、R11、R12、C2(一次側(cè)回路增益掌握):3843內(nèi)部有一個(gè)ErrorC2及ErrorAMP組成一個(gè)負(fù)回授電路，用來(lái)調(diào)整回路增益的穩(wěn)定度，回路增益，C2使用立式積層電容(溫度持性較好)。U2(Photocoupler)光耦合器(Photocoupler)(以電流的方式)TL431導(dǎo)通后，U2即會(huì)將二次側(cè)的電流依比例轉(zhuǎn)3843由Pin6(output)輸出off的信號(hào)(Low)來(lái)關(guān)閉Q1，使用Photocoupler的緣由，是為了符合安規(guī)需求(primacytosecondary5.6mm)。R13(二次側(cè)回路增益掌握):Photocoupler的電流，R13Photocoupler蕩)，R13阻值較大時(shí)，流過(guò)Photocoupler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，但需留意輸出電壓是否正常。3.3.27U3(TL431)、R15、R16、R18 VoVrefxR13//R16R18 //R16KAKA

36VPhotocouplerV

值，則FVo38V以下較安全)，TL431的Vref2.5V，R15及R16并聯(lián)的R15與R16并聯(lián)后的值不行太大(2KΩ以下)，以免造成輸出不準(zhǔn)。FR14，C9(二次側(cè)回路增益掌握):掌握二次側(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；Dynamicload來(lái)量測(cè)，即可取得一個(gè)最正確值。D4(整流二極管):使組供給Photocoupler及TL431U2及U3所需的電流不大約10mA左右)，二極管耐壓值100V即可，所以只需使用1N4148(0.15A/100V)。C8(濾波電容):由于U2及U31u/50V即可。D5(整流二極管):輸出整流二極管，D5的使用需考慮:電流值二極管的耐壓值以DA-14B334A10A的二極管(Schottky)應(yīng)當(dāng)可D515A的二極管，由于10A的VF較15A的VF 值大。耐壓局部40V閱歷證后符合，使用15A/40VSchottky。C10，R17(二次側(cè)snubber):D5在截止的瞬間會(huì)有spike產(chǎn)生，假設(shè)spike超過(guò)二極管(D5)的耐壓值，snubber可適當(dāng)?shù)南鳒pspike的電壓值，除保護(hù)二極管外亦可改善EMI，R171/2W的電阻，C10一般使用耐壓500V的陶質(zhì)電容，snubber調(diào)整的過(guò)程(264V/63Hz)需留意R17,C10是否會(huì)過(guò)熱，應(yīng)避開此種狀況發(fā)生。3.3.33C11，C13(濾波電容):(LXZ，YXA…)，電容選擇是否洽當(dāng)可依以下三點(diǎn)來(lái)判定:Ripple電壓是符合規(guī)格電容溫度是否超過(guò)額定值電容值兩端電壓是否超過(guò)額定值3.3.34R19(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)載的阻值不行太小，否則會(huì)影響效率，使用時(shí)亦須留意是否超過(guò)電阻的額定值(一般設(shè)計(jì)只使用額定瓦數(shù)的一半)。3.3.35L3，C12(LC濾波電路):LCL3放大(電感量較大)，如此C12可使用較小的電容值。設(shè)計(jì)驗(yàn)證:(可分為三局部)設(shè)計(jì)階段驗(yàn)證樣品制作驗(yàn)證QE驗(yàn)證設(shè)計(jì)階段驗(yàn)證設(shè)計(jì)試驗(yàn)階段應(yīng)當(dāng)養(yǎng)成記錄的習(xí)慣，記錄可以驗(yàn)證明驗(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(shuō)明(驗(yàn)證工程視規(guī)格而定)。電氣規(guī)格驗(yàn)證:3843PIN3腳電壓(fullload4A):90V/47Hz=0.83V115V/60Hz=0.83V132V/60Hz=0.83V180V/60Hz=0.86V230V/60Hz=0.88V264V/63Hz=0.91VAT36—12V3A設(shè)計(jì)流程簡(jiǎn)介DutyCycle,fT:4.1.1.34.1.1.4

f 46.8KHzTton10.15us90V/47Hz T21.35usDutyCycle47.5%Vin(min)=100V(90V/47Hzfullload)Stress(264V/63Hzfullload):Q1MOSFET:D5:D4:15/20

f 46.8KHzTt21.35usDutyCycle15.2%AT36—12V3A設(shè)計(jì)流程簡(jiǎn)介關(guān)心電源(開機(jī)，滿載)Pinmax.:90V/47Hz 載11.26V(4A)1.2W(max.)11.26V(4A)8.8W(max.)Static(fullload)Pin(w)Iin(A)Iout(A)Vout(V)P.F.Ripple(mV)Pout(w)eff90V/47Hz18.70.3643.300.573213.2270.7115V/60Hz18.60..3143.300.522813.2271.1132V/60Hz18.60.2843.300.502913.2271.1180V/60Hz18.70.2143.300.493013.2370.7230V/60Hz18.90.1843.300.462913.2269.9264V/60Hz19.20.1643.300.452913.2368.9FullRange負(fù)載(0.3A-4A)(驗(yàn)證是否有振蕩現(xiàn)象)回授失效(輸出輕載)16/20

90V/47Hz =OK115V/60Hz=OK132V/60Hz=OK180V/60Hz=OK230V/60Hz=OK264V/63Hz=OKAT36—12V3A設(shè)計(jì)流程簡(jiǎn)介O.C.P.(過(guò)