研發(fā)電源問題

第1頁共17頁研發(fā)電源問題匯總目錄1.問題一：我們小功率用到最多的反激電源，為什么我們常常選擇65k或者100k(這些頻率段附近)作為開關(guān)頻率?有哪些原因制約了?或者哪些情況下我們可以增大開關(guān)頻率?或者減小開關(guān)頻率? 22.問題二：LLC中為什么我們常在二區(qū)設(shè)計開關(guān)頻率?一區(qū)和三區(qū)為什么不可以?有哪些因素制約呢?或者如果選取一區(qū)和三區(qū)作為開關(guān)頻率會有什么后果呢? 33.問題三：當(dāng)我們反激的占空比大于50%會帶來什么?好的方面有哪些?不好的方面有哪 34.問題四：反激電源如果要做到一定的效率，需要從哪些方面著手?準諧振?同步整流? 45.問題五：電源的傳導(dǎo)是怎么形成的?傳導(dǎo)的途徑有哪些?常用的手段?電源的輻射受哪些東西影響?怎么做大功率的EMC………………46.問題六：我們選擇拓撲時需要考慮哪些方面的因素?各種拓撲使用環(huán)境及優(yōu)缺點?…67.問題七：考慮電源成本時，我們要從哪里下手呢?…………78.問題八：電源的環(huán)路設(shè)計，電源哪些部分影響電源的環(huán)路?好的環(huán)路有哪些指標決定? 89.問題九：對各種拓撲的軟開關(guān)形式有哪些?軟開關(guān)是如何實現(xiàn)的? 910.問題十：什么樣的變壓器才算是最完美適用的?變壓器決定了什么,影響了什么? 911.問題十一：我們真的需要到迷戀設(shè)計工具，依賴仿真的地步嗎? 12.問題十二：評判一塊電源板LAYOUT好壞有哪些地方能一陣見血發(fā)現(xiàn)? 13.問題十三：電源的元器件你懂多少?MOS管結(jié)電容多大，對哪些有影響?RDS跟溫度是什么關(guān)系?肖特基反向恢復(fù)電流影響什么?電容的ESR會帶來哪些影響? 14.問題十四：你對磁性材料了解多少，磁環(huán)和磁芯有哪些差異?低磁環(huán)和高磁環(huán)用在什么情況? 15.問題十五：電源損耗是怎么分布的?MOS管損耗?變壓器損耗?變壓器除了直流損耗，還有交流損耗怎么算的? 16.問題十六：電源中的熱設(shè)計，散熱器是怎么選擇的?散熱器設(shè)計需要考慮什么? 17.問題十七：LLC的輸出濾波電容怎么決定的?受哪些因素影響? 18.問題十八：移相全橋的驅(qū)動是什么實現(xiàn)的?何為移相?移相帶來什么? 19.問題十九：大功率若追求效率，無橋PFC是怎么實現(xiàn)的?原理是什么? 20.問題二十：電力電源中為什么用到三相電?三相三電平是怎么實現(xiàn)，三電平帶來了什 第2頁共17頁21.問題二十一：電源中有很多保護電路，你最多能說幾種保護?怎么去實現(xiàn)? 1622.問題二十二：搞電源不懂市場?你搞的電源何去何從?開發(fā)出了沒用?替老板賺到錢 100k(這些頻率段附近)作為開關(guān)頻率?有哪些原因制約了?或者哪些情況下我們可以增大開關(guān)頻率?或者減小開關(guān)頻率?開關(guān)電源為什么常常選擇65k或者100k左右范圍作為開關(guān)頻率，有的人會說IC廠家都是生產(chǎn)這樣的IC,當(dāng)然這也有原因。每個電源的開關(guān)頻率會決定什率提高了，直接帶來的影響是什么?當(dāng)然是MOS開關(guān)損耗增大，因為單位時間開關(guān)次數(shù)增多了。如果頻率減小了會帶來什么?開關(guān)損耗是減小了，但是我們電感要更大了。選取在65k到100k左右就是一個比較合適的經(jīng)驗折中，電源就本貼關(guān)鍵：如何選擇合適IC的開關(guān)頻率?主流IC的開關(guān)頻率為什么是大概是這么一些范圍?開關(guān)頻率和什么有關(guān)，說的是普遍情況，不是想鉆牛角尖好我這里想說的普遍情況，主要想提的是開關(guān)1、你是如何知道一般選擇65或者100kHz,作為開關(guān)電源的開關(guān)頻率的?2、又是如何在工作中發(fā)現(xiàn)開關(guān)電源開關(guān)頻率確實工作在65kHz,或100kHz第3頁共17頁3、有兩張以上的測試65kHz~100kHz頻率的圖片說明嗎?(何止二張圖片，什么不可以，純熟鉆牛角尖，做技術(shù)切記鉆牛角尖，提醒：做技術(shù)人員切記鑽牛角尖，咱們不是校園以?有哪些因素制約呢?或者如果選取一區(qū)和三區(qū)作為開關(guān)頻率會有什么性負載區(qū)，自然不可取。那么三區(qū)，開關(guān)頻率出二極管關(guān)斷。也就是原邊MOS管關(guān)斷時，諧振電流并沒有減小到和勵磁電流我們不能只按前人的經(jīng)驗去設(shè)計，而要知道只3.問題三：當(dāng)我們反激的占空比大于50%會帶來什么?好的方面有哪些?不好的方面有哪些?反激的占空比大于50%意味著什么,占空比影響哪些因素?高。一般反激選取600V或650V以下的MOS管，成本考慮。占空比過大勢必第二：很重要的是很多人知道，需要斜坡補償，第4頁共17頁當(dāng)然在特殊情形下也需要將占空比設(shè)計在大于50%,單位周期內(nèi)傳遞的能4.問題四：反激電源如果要做到一定的效率，需要從哪些方面著手?準諧振?同步整流?反激的一大劣勢就是效率問題，改善效率有哪些途徑可以思考的呢?減小損耗是必然的，損耗的點有開關(guān)管，變壓器，輸出整只能朝準諧振去發(fā)展(部分時間段諧振),這樣的IC也有很多問世，我司用的較多是NCP1207,通過在MOS管關(guān)斷后，下一次開通前1腳檢測VCC電壓過零5.問題五：電源的傳導(dǎo)是怎么形成的?傳導(dǎo)的途徑有哪些?常用的手段?電源的輻射受哪些東西影響?怎么做大功率的EMC。電源傳導(dǎo)測量方式是通過接收輸入端口L,N,PE來自電源內(nèi)部的高頻干擾(一般150k到30M)。專門針對高頻，繞線方式采用雙線并繞，減少差模成分。后級一般放置感量較大，在4MH到10MH附近，只是經(jīng)驗值，具體需要與Y電容搭配。X電容濾差第5頁共17頁第6頁共17頁要加粗，不可外掛，否則效果很差。(這些只通關(guān)斷，變壓器，以及PFC電感等等。這些電路上的設(shè)計需要與其他方面折中第三：散熱器的位置能很好充當(dāng)屏蔽，合理布板6.問題六：我們選擇拓撲時需要考慮哪些方面的因素?各種拓撲使用環(huán)境及優(yōu)設(shè)計電源的第一步不知道大家會想到什么呢?我是這么想，細致研究客戶反激特點：適用在小于150W,理論這么說，實際大于75W就很少用，不第7頁共17頁全電壓范圍(85V-264V)效率一般在80%以下，單電壓達到80%很容易。正激特點：功率適中，可做中小功率，功率一般在200W以下，當(dāng)然可以做很大功率，只是不常常這么做，原因是正激和反激磁芯體積要求大，當(dāng)然采用2個變壓器串并聯(lián)的也有，注意只談一般情形，不于100W小于3kW)。特點成本比反激正激高，因為多用了1個MOS管(雙向勵磁)和1個整流管，控制IC也貴，環(huán)路設(shè)計業(yè)復(fù)雜(一般采用運放，尤其還要做效率可達96%以上(全電壓)(當(dāng)然PFC是采用無橋方式)。其它半橋我不推薦，輸入電壓低用LLC。成本特別高，比LLC還多用2個MOS。這還不是首要的，爭對手無不都在打價格戰(zhàn)，大家都能做出電那你可以打你的性能指標賣點，多了性能要求，電路第8頁共17頁第二：物料采購成本，為什么大公司電源利潤高?無非是他們有著優(yōu)越的阻比貼片成本高),能用國產(chǎn)，不用臺資，能用臺資不用日系，這里的價格差異第三：影響成本的重要器件：變壓器，電感，MO8.問題八：電源的環(huán)路設(shè)計，電源哪些部分影響電源的環(huán)路?好的環(huán)路有哪些式下),有的是電流串聯(lián)負反饋(CV模式下)。那有哪些地方會影響環(huán)路呢?電路中的零點以及極點。零點一般會導(dǎo)致增益上升，引起90度相移(右半平面零點會引起-90度相移)。極點一般會導(dǎo)致增點極點補償手段去合理調(diào)控我們的環(huán)路。對于低頻部分位余量大于45度。第9頁共17頁(一般在中頻4k左右，對增益有好處，無需補償)右，隨負載變化會變化),選取3.負載會產(chǎn)生低頻極點。采用低頻零點去補償。也有的會采用3型補償很少用。9.問題九：對各種拓撲的軟開關(guān)形式有哪些?軟開關(guān)是如何實現(xiàn)的?拓撲都開始利用軟開關(guān)了，就連反激如果為了做其次軟開關(guān)和硬開關(guān)的差異是：硬開關(guān)過程中電容，然后串電感實現(xiàn)串聯(lián)ZVS,例如準諧振反激，有源箱位吸收電路，移向全橋的軟開關(guān)。也有LC并聯(lián)ZCS,不過用的很少，因為MOS管ZVS的損耗小流過零，上管軟開通前，先給下管結(jié)電容充電，上管實現(xiàn)軟開通)10.問題十：什么樣的變壓器才算是最完美適用的?變壓器決定了什么,影響了什么?設(shè)計變壓器從哪里入手呢?一般來說根據(jù)功率來選擇磁芯大小，有經(jīng)驗的第10頁共17頁PQ的用的比較多，這里面也有每個人的習(xí)慣以及不同公司的平臺差異，功率很什么模式下，感量如何調(diào)節(jié)適中。尤其是多路輸出一0.35,當(dāng)然0.3更好，即時短路也不會飽和太嚴重)有的還需要增加屏蔽來整改EMC,原副邊屏蔽一般加2層，外屏蔽1層就好。慮到風(fēng)冷自然冷，電流密度多大合適，功率稍大(大于150W)的對于新人來說，我給的建議少用工具，多計算，自為工具是人做的，不同人的設(shè)計習(xí)慣差異，不第11頁共17頁歪),走線漂亮美觀，不七彎八繞的。率開關(guān)器件的干擾。各吸收回路的面積盡可能小3.走線部分，輸入EMI電路的走線是否滿足安規(guī)，原副邊距離，輸入輸出對大地的距離都要滿足安規(guī)。走線的粗細是否滿足足夠(例如驅(qū)動信號，采樣信號，地線是否合理),驅(qū)動信號不要干擾敏感信號(高頻RDS跟溫度是什么關(guān)系?肖特基反向恢復(fù)電流影響什么?電容的ESR會帶第12頁共17頁X電容，瓷片電容，電解電容，貼片電容等；每種器件都有其規(guī)格，極限參數(shù)。慮，額定電流也會考慮，導(dǎo)通電阻我們會考慮，但還導(dǎo)通電阻Rds(on)隨溫度升高其阻值是變大的，設(shè)計MOS管損耗時要考慮到其影響就更大了),寄生電感會引起關(guān)斷尖峰很高。14.問題十四：你對磁性材料了解多少，磁環(huán)和磁芯有哪些差異?低磁環(huán)和高磁開關(guān)頻率最大能做到1000k,夠一般情況下使用了。鐵氧體磁芯既可以做主變壓器也可以做電感，如PFC電感(一般鐵硅鋁材質(zhì)居多，性價比高),儲能電感繞制工藝較困難。磁環(huán)也分高U值和低U值，主要也是磁環(huán)的材料不同照成，第13頁共17頁15.問題十五：電源損耗是怎么分布的?MOS管損耗?變壓器損耗?變壓器除耗還有交流損耗，交流損耗一般比直流損耗還大2倍，因為銅線在高頻下的交么?散熱器的大小選擇一般根據(jù)損耗的功率，需要的溫第14頁共17頁散熱板面積S(cm2)封裝形式52不加散熱器時結(jié)到周圍空氣的總熱阻加散熱器后結(jié)到散熱器表面的總熱阻直接與散熱76焊在散熱板上)涂導(dǎo)熱硅脂11加0.05mm厚的云母片— 波需求考慮，當(dāng)然對每種拓撲濾波電容的選取都是第15頁共17頁品質(zhì)也有著很重要的關(guān)系，之前已經(jīng)討論過其關(guān)系式。紋波電壓時我們的需求，一般按照50mv的需求的話，設(shè)計留有余量一般選擇10mv。(考慮到PCB板濾波效果，電容低溫容值降低),紋波電流計算式如下：18.問題十八：移相全橋的驅(qū)動是什么實現(xiàn)的?何為移相?移相帶來什么?移相全橋目前在中大功率使用中，也是用的很火，受歡迎程度僅次于LLC諧振半橋。之前已經(jīng)比較過不同拓撲的使用情況，這里就專門介紹下移相全橋移相全橋特點一：驅(qū)動比較復(fù)雜，導(dǎo)致控制電路復(fù)雜，成本很高，原因是移相全橋一般有4個MOS,對驅(qū)動能力要求很高，一般IC很難做到，需要對驅(qū)動能力通過外置MOS管放大使用，又為了加強可靠性一般采用隔離變壓器來驅(qū)移相全橋特點二：移相，為什么要移相，移相帶來什么,跟普通全橋有什么區(qū)別。移相針對的是同一組的MOS管，讓2個MOS管依次導(dǎo)通，可以降低開關(guān)損耗。超前臂橋?qū)崿F(xiàn)ZVS同時，副邊處于續(xù)流，原邊電流被二極管分擔(dān)，MOS管電流也很小，近似零電流導(dǎo)通，滯后臂橋可以零電壓導(dǎo)通。移相全橋特點三：工作過程復(fù)雜，二個輸出功率狀態(tài)(靠原邊提供能量),二個續(xù)流狀態(tài)(靠副邊電感及電容提供供能量),四個死區(qū)(來分別實現(xiàn)每個MOS管軟開通I]只是為了給新手了解移相全橋，作為開關(guān)電源比較重要的拓撲一部分，它的重點和難點在哪里。19.問題十九：大功率若追求效率，無橋PFC是怎么實現(xiàn)的?原理是什么?很多人都聽說過無橋PFC,不過真正使用起來并不很常見，原因是無橋PFC相比普通有橋PFC效率上固然有提升，一般也就在1-2%,若不是追求高效，一般都不會使用，成本太高。根據(jù)無橋PFC的特點，其實整流橋并沒有真正省去不用，只是當(dāng)做交流輸入正負半軸的隔離使用，簡單來說相當(dāng)于普通二個PFC,第16頁共17頁交流正負半軸各一個，相應(yīng)的PFC電感也會增加一個，MOS管也會增加一個，可以減小損耗。之前接觸過一個960W用無橋PFC+LLC效率達到96.5%,不過最終因為客戶要求輸入電壓交流和直流都能滿足，這場合。三相電一般采用三相四線，其中一根是零線，四通