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20年資深工程師,從7個(gè)方面分析開關(guān)電源的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

來源:佳銳興2017年03月22日 14:16:45

[摘要] 借鑒下NXP的這個(gè)TEA1832圖紙做個(gè)說明。分析里面的電路參數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化并做到認(rèn)證至量產(chǎn)。 在所有的元器件中盡量選擇公司倉庫里面的元件,和量大的元件,方便后續(xù)降成本拿價(jià)格。貼片電阻采用0603的5%,0805的5%,1%...

借鑒下NXP的這個(gè)TEA1832圖紙做個(gè)說明。分析里面的電路參數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化并做到認(rèn)證至量產(chǎn)。 在所有的元器件中盡量選擇公司倉庫里面的元件,和量大的元件,方便后續(xù)降成本拿價(jià)格。

貼片電阻采用0603的5%,0805的5%,1%,貼片電容容值越大價(jià)格越高,設(shè)計(jì)時(shí)需考慮。

1、輸入端,F(xiàn)USE選擇需要考慮到I^2T參數(shù)。保險(xiǎn)絲的分類,快斷,慢斷,電流,電壓值,保險(xiǎn)絲的認(rèn)證是否齊全。保險(xiǎn)絲前的安規(guī)距離2.5mm以上。設(shè)計(jì)時(shí)盡量放到3mm以上。需考慮打雷擊時(shí),保險(xiǎn)絲I2T是否有余量,會(huì)不會(huì)打掛掉。

2、這個(gè)圖中可以增加個(gè)壓敏電阻,一般采用14D471,也有采用561的,直徑越大抗浪涌電流越大,也有增強(qiáng)版的10S471,14S471等,一般14D471打1KV,2KV雷擊夠用了,增加雷擊電壓就要換成MOV+GDT了。有必要時(shí),壓敏電阻外面包個(gè)熱縮套管。

3、NTC,這個(gè)圖中可以增加個(gè)NTC,有的客戶有限制冷啟動(dòng)浪涌電流不超過60A,30A,NTC的另一個(gè)目的還可以在雷擊時(shí)扛部分電壓,減下MOSFET的壓力。選型時(shí)注意NTC的電壓,電流,溫度等參數(shù)。

4、共模電感,傳導(dǎo)與輻射很重要的一個(gè)濾波元件,共模電感有環(huán)形的高導(dǎo)材料5K,7K,0K,12K,15K,常用繞法有分槽繞,并繞,蝶形繞法等,還有UU型,分4個(gè)槽的ET型。這個(gè)如果能共用老機(jī)種的最好,成本考慮,傳導(dǎo)輻射測(cè)試完成后才能定型。

5、X電容的選擇,這個(gè)需要與共模電感配合測(cè)試傳導(dǎo)與輻射才能定容值,一般情況為功率越大X電容越大。

6、如果做認(rèn)證時(shí)有輸入L,N的放電時(shí)間要求,需要在X電容下放2并2串的電阻給電容放電。

7、橋堆的選擇一般需要考慮橋堆能過得浪涌電流,耐壓和散熱,防止雷擊時(shí)掛掉。

8、VCC的啟動(dòng)電阻,注意啟動(dòng)電阻的功耗,主要是耐壓值,1206的一般耐壓200V,0805一般耐壓150V,能多留余量比較好。

9、輸入濾波電解電容,一般看成本的考慮,輸出保持時(shí)間的10mS,按照電解電容容值的最小情況80%容值設(shè)計(jì),不同廠家和不同的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)有點(diǎn)出入,有一點(diǎn)要注意普通的電解電容和扛雷擊的電解電容,電解電容的紋波電流關(guān)系到電容壽命,這個(gè)看品牌和具體的系列了。

10、輸入電解電容上有并聯(lián)一個(gè)小瓷片電容,這個(gè)平時(shí)體現(xiàn)不出來用處,在做傳導(dǎo)抗擾度時(shí)有效果。

11、RCD吸收部分,R的取值對(duì)應(yīng)MOSFET上的尖峰電壓值,如果采用貼片電阻需注意電壓降額與功耗。C一般取102/103 1KV的高壓瓷片,整改輻射時(shí)也有可能會(huì)改為薄膜電容效果好。D一般用FR107,F(xiàn)R207,整改輻射時(shí)也有改為1N4007的情況或者其他的慢管,或者在D上套磁珠(K5A,K5C等材質(zhì))。小功率電源,RC可以采用TVS管替代,如P6KE160等。

12、MOSFET的選擇,起機(jī)和短路情況需要注意SOA。高溫時(shí)的電流降額,低溫時(shí)的電壓降額。一般600V 2-12A足夠用與100W以內(nèi)的反激,根據(jù)成本來權(quán)衡選型。整改輻射時(shí)很多方法沒有效果的時(shí)候,換個(gè)MOSFET就過了的情況經(jīng)常有。

13、MOSFET的驅(qū)動(dòng)電阻一般采用10R+20R,阻值大小對(duì)應(yīng)開關(guān)速度,效率,溫升。這個(gè)參數(shù)需要整改輻射時(shí)調(diào)整。

14、MOSFET的GATE到SOURCE端需要增加一個(gè)10K-100K的電阻放電。

15、MOSFET的SOURCE到GND之間有個(gè)Isense電阻,功率盡量選大,盡量采用繞線無感電阻。功率小,或者有感電阻短路時(shí)有遇到過炸機(jī)現(xiàn)象。

16、Isense電阻到IC的Isense增加1個(gè)RC,取值1K,331,調(diào)試時(shí)可能有作用,如果采用這個(gè)TEA1832電路為參考,增加一個(gè)C并聯(lián)到GND。

17、不同的IC外圍引腳參考設(shè)計(jì)手冊(cè)即可,根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)在IC引腳處放濾波電容。

18、更改前:變壓器的設(shè)計(jì),反激變壓器設(shè)計(jì)論壇里面討論很多,不多說。還是考慮成本,盡量不在變壓器里面加屏蔽層,頂多在變壓器外面加個(gè)十字屏蔽。變壓器一定要驗(yàn)算delta B值,delta B=L*Ipk/(N*Ae),L(uH),Ipk(A),N為初級(jí)砸數(shù)(T),Ae(mm2)有興趣驗(yàn)證這個(gè)公式可以在最低電壓輸入,輸出負(fù)載不斷增加,看到變壓器飽和波形,飽和時(shí)計(jì)算結(jié)果應(yīng)該是500mT左右。變壓器的VCC輔助繞組盡量用2根以上的線并繞,之前很大批量時(shí)有碰到過有幾個(gè)輔助繞組輕載電壓不夠或者重載時(shí)VCC過壓的情況,2跟以上的VCC輔助繞線能盡量耦合更好解決電壓差異大這個(gè)問題。

18、更改后:變壓器的設(shè)計(jì),反激變壓器設(shè)計(jì)論壇里面討論很多,不多說。還是考慮成本,盡量不在變壓器里面加屏蔽層,頂多在變壓器外面加個(gè)十字屏蔽。變壓器一定要驗(yàn)算delta B值,防止高溫時(shí)磁芯飽和。delta B=L*Ipk/(N*Ae),L(uH),Ipk(A),N為初級(jí)砸數(shù)(T),Ae(mm2)。(參考TDG公司的磁芯特性(100℃)飽和磁通密度390mT,剩磁55mT,所以ΔB值一般取330mT以內(nèi),出現(xiàn)異常情況不飽和,一般取值小于300mT以內(nèi)。我之前做反激變壓器取值都是小于0.3的)附,學(xué)習(xí)zhangyiping的經(jīng)驗(yàn)(所以一般的磁通密度選擇1500高斯,變壓器小的可以選大一些,變壓器大的要選小一些,頻彔高的減小頻彔低的可以大一些吧。)

變壓器的VCC輔助繞組盡量用2根以上的線并繞,之前很大批量時(shí)有碰到過有幾個(gè)輔助繞組輕載電壓不夠或者重載時(shí)VCC過壓的情況,2跟以上的VCC輔助繞線能盡量耦合更好解決電壓差異大這個(gè)問題。

附注:有興趣驗(yàn)證這個(gè)公式的話,可以在最低電壓輸入,輸出負(fù)載不斷增加,看到變壓器飽和波形,飽和時(shí)計(jì)算結(jié)果應(yīng)該是500mT左右(25℃時(shí),飽和磁通密度510mT)。

借鑒TDG的磁芯基本特征圖。

19、輸出二極管效率要求高時(shí),可以采用超低壓降的肖特基二極管,成本要求高時(shí)可以用超快恢復(fù)二極管。

20、輸出二極管并聯(lián)的RC用于抑制電壓尖峰,同時(shí)也對(duì)輻射有抑制。

21、光耦與431的配合,光耦的二極管兩端可以增加一個(gè)1K-3K左右的電阻,Vout串聯(lián)到光耦的電阻取值一般在100歐姆-1K之間。431上的C與RC用于調(diào)整環(huán)路穩(wěn)定,動(dòng)態(tài)響應(yīng)等。

22、Vout的檢測(cè)電阻需要有1mA左右的電流,電流太小輸出誤差大,電流太大,影響待機(jī)功耗。

23、輸出電容選擇,輸出電容的紋波電流大約等于輸出電流,在選擇電容時(shí)紋波電流放大1.2倍以上考慮。 24、2個(gè)輸出電容之間可以增加一個(gè)小電感,有助于抑制輻射干擾,有了小電感后,第一個(gè)輸出電容的紋波電流就會(huì)比第二個(gè)輸出電容的紋波電流大很多,所以很多電路里面第一個(gè)電容容量大,第二個(gè)電容容量較小。

25、輸出Vout端可以增加一個(gè)共模電感與104電容并聯(lián),有助于傳導(dǎo)與輻射,還能降低紋波峰峰值。

26、需要做恒流的情況可以采用專業(yè)芯片,AP4310或者TSM103等類似芯片做,用431+358都行,注意VCC的電壓范圍,環(huán)路調(diào)節(jié)也差不多。

27、有多路輸出負(fù)載情況的話,電源的主反饋電路一定要有固定輸出,或者假負(fù)載,否則會(huì)因?yàn)轳詈?,burst模式等問題導(dǎo)致其他路輸出電壓不穩(wěn)定。28、初級(jí)次級(jí)的大地之間有接個(gè)Y電容,一般容量小于或等于222,則漏電流小于0.25mA,不同的產(chǎn)品認(rèn)證對(duì)漏電流是有要求的,需注意。

算下來這么多,電子元器件基本能定型了,整個(gè)初略的BOM可以評(píng)審并參考報(bào)價(jià)了。BOM中元器件可以多放幾個(gè)品牌方便核成本。如客戶有特殊要求,可以在電路里面增加功能電路實(shí)現(xiàn)。如不能實(shí)現(xiàn),尋找新的IC來完成,相等功率和頻率下,IC的更改對(duì)外圍器件影響不大。如客戶溫度范圍的要求比較高,對(duì)應(yīng)元器件的選項(xiàng)需要參考元器件使用溫度和降額使用。

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