解析一張開關(guān)電源“原理圖”!
發(fā)布時(shí)間:2019-12-10 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】開關(guān)電源產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、LED照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體制冷制熱、空氣凈化器,電子冰箱,液晶顯示器,LED燈具,通訊設(shè)備,視聽產(chǎn)品,安防監(jiān)控,LED燈帶,電腦機(jī)箱,數(shù)碼產(chǎn)品和儀器類等領(lǐng)域。
FS1:
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是否會超過保險(xiǎn)絲的額定值。
TR1(熱敏電阻):
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,雖然時(shí)間很短暫,但亦可能對Power產(chǎn)生傷害,所以必須在濾波電容之前加裝一個(gè)熱敏電阻,以限制開機(jī)瞬間Iin在Spec之內(nèi)(115V/30A,230V/60A),但因熱敏電阻亦會消耗功率,所以不可放太大的阻值(否則會影響效率),一般使用5Ω-10Ω熱敏,若C1電容使用較大的值,則必須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(突波吸收器):
當(dāng)雷極發(fā)生時(shí),可能會損壞零件,進(jìn)而影響Power的正常動(dòng)作,所以必須在靠AC輸入端 (Fuse之后),加上突波吸收器來保護(hù)Power(一般常用07D471K),但若有價(jià)格上的考慮,可先忽略不裝。
CY1,CY2(Y-Cap):
Y-Cap一般可分為Y1及Y2電容,若AC Input有FG(3 Pin)一般使用Y2- Cap , AC Input若為2Pin(只有L,N)一般使用Y1-Cap,Y1與Y2的差異,除了價(jià)格外(Y1較昂貴),絕緣等級及耐壓亦不同(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有“回”符號或注明Y1),此電路蛭 蠪G所以使用Y2-Cap,Y-Cap會影響EMI特性,一般而言越大越好,但須考慮漏電及價(jià)格問題,漏電(Leakage Current )必須符合安規(guī)須求(3Pin公司標(biāo)準(zhǔn)為750uA max)。
CX1(X-Cap)、RX1:
X-Cap為防制EMI零件,EMI可分為Conduction及Radiation兩部分,Conduction規(guī)范一般可分為: FCC Part 15J Class B 、 CISPR 22(EN55022) Class B 兩種 , FCC測試頻率在450K~30MHz,CISPR 22測試頻率在150K~30MHz, Conduction可在廠內(nèi)以頻譜分析儀驗(yàn)證,Radiation 則必須到實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證,X-Cap 一般對低頻段(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),若X-Cap在0.22uf以上(包含0.22uf),安規(guī)規(guī)定必須要有泄放電阻(RX1,一般為1.2MΩ 1/4W)。
LF1(Common Choke):
EMI防制零件,主要影響Conduction 的中、低頻段,設(shè)計(jì)時(shí)必須同時(shí)考慮EMI特性及溫升,以同樣尺寸的Common Choke而言,線圈數(shù)愈多(相對的線徑愈細(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DC,由變壓器所計(jì)算出的Iin值,可知只要使用1A/600V的整流二極管,因?yàn)槭侨ㄕ魉阅蛪褐灰?00V即可。
C1(濾波電容):
由C1的大小(電容值)可決定變壓器計(jì)算中的Vin(min)值,電容量愈大,Vin(min)愈高但價(jià)格亦愈高,此部分可在電路中實(shí)際驗(yàn)證Vin(min)是否正確,若AC Input 范圍在90V~132V (Vc1 電壓最高約190V),可使用耐壓200V的電容;若AC Input 范圍在90V~264V(或180V~264V),因Vc1電壓最高約380V,所以必須使用耐壓400V的電容。
D2(輔助電源二極管):
整流二極管,一般常用FR105(1A/600V)或BYT42M(1A/1000V),兩者主要差異:
耐壓不同(在此處使用差異無所謂)
VF不同(FR105=1.2V,BYT42M=1.4V)
R10(輔助電源電阻):
主要用于調(diào)整PWM IC的VCC電壓,以目前使用的3843而言,設(shè)計(jì)時(shí)VCC必須大于8.4V(Min. Load時(shí)),但為考慮輸出短路的情況,VCC電壓不可設(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)過大)。
C7(濾波電容):
輔助電源的濾波電容,提供PWM IC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,輔助電源電壓相對提高,此時(shí)若沒有保護(hù)電路,可能會造成零件損壞,若在3843 VCC與3843 Pin3腳之間加一個(gè)Zener Diode,當(dāng)回授失效時(shí)Zener Diode會崩潰,使得Pin3腳提前到達(dá)1V,以此可限制輸出電壓,達(dá)到保護(hù)零件的目的.Z1值的大小取決于輔助電源的高低,Z1的決定亦須考慮是否超過Q1的VGS耐壓值,原則上使用公司的現(xiàn)有料(一般使用1/2W即可).
R2(啟動(dòng)電阻):
提供3843第一次啟動(dòng)的路徑,第一次啟動(dòng)時(shí)透過R2對C7充電,以提供3843 VCC所需的電壓,R2阻值較大時(shí),turn on的時(shí)間較長,但短路時(shí)Pin瓦數(shù)較小,R2阻值較小時(shí),turn on的時(shí)間較短,短路時(shí)Pin瓦數(shù)較大,一般使用220KΩ/2W M.O。
R4 (Line Compensation):
高、低壓補(bǔ)償用,使3843 Pin3腳在90V/47Hz及264V/63Hz接近一致(一般使用750KΩ~1.5MΩ 1/4W之間)。
R3,C6,D1 (Snubber):
此三個(gè)零件組成Snubber,調(diào)整Snubber的目的:1.當(dāng)Q1 off瞬間會有Spike產(chǎn)生,調(diào)整Snubber可以確保Spike不會超過Q1的耐壓值,2.調(diào)整Snubber可改善EMI.一般而言,D1使用1N4007(1A/1000V)EMI特性會較好.R3使用2W M.O.電阻,C6的耐壓值以兩端實(shí)際壓差為準(zhǔn)(一般使用耐壓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RDS(ON)較3A/600V小,所以溫升會較低,若IDS電流未超過3A,應(yīng)該先以3A/600V為考慮,并以溫升記錄來驗(yàn)證,因?yàn)?A/600V的價(jià)格高于3A/600V許多,Q1的使用亦需考慮VDS是否超過額定值。
R8:
R8的作用在保護(hù)Q1,避免Q1呈現(xiàn)浮接狀態(tài)。
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后再加上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)。
R5,C3(RC filter):
濾除3843 Pin3腳的噪聲,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,也許會有輕載不開機(jī)及短路Pin過大的問題。
R9(Q1 Gate電阻 ):
R9電阻的大小,會影響到EMI及溫升特性,一般而言阻值大,Q1 turn on / turn off的速度較慢,EMI特性較好,但Q1的溫升較高、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溫升較低、效率較高,但EMI較差,一般使用51Ω-150Ω 1/8W。
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/50VPE電容,R6為3.74KΩ 1/8W精密電阻,振蕩頻率約為45 KHz。
C5:
功能類似RC filter,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(PWM IC):
3843是PWM IC的一種,由Photo Coupler (U2)回授信號控制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。
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)。
U2(Photo coupler)
光耦合器(Photo coupler)主要將二次側(cè)的信號轉(zhuǎn)換到一次側(cè)(以電流的方式),當(dāng)二次側(cè)的TL431導(dǎo)通后,U2即會將二次側(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(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)。
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。
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)后的值不可太大(盡量在2KΩ以下),以免造成輸出不準(zhǔn)。
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使增益變慢;電容放小會使增益變快,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,至于何謂增益調(diào)整的最佳值,則可以Dynamic load來量測,即可取得一個(gè)最佳值。
D4(整流二極管):
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),二極管耐壓值100V即可,所以只需使用1N4148(0.15A/100V)。
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。
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
以此電源為例,輸出電流4A,使用10A的二極管(Schottky)應(yīng)該可以,但經(jīng)點(diǎn)溫升驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)D5溫度偏高,所以必須換為15A的二極管,因?yàn)?0A的VF較15A的VF 值大。耐壓部分40V經(jīng)驗(yàn)證后符合,因此最后使用15A/40V Schottky。
C10,R17(二次側(cè)snubber) :
D5在截止的瞬間會有spike產(chǎn)生,若spike超過二極管(D5)的耐壓值,二極管會有被擊穿的危險(xiǎn),調(diào)整snubber可適當(dāng)?shù)臏p少spike的電壓值,除保護(hù)二極管外亦可改善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是否會過熱,應(yīng)避免此種情況發(fā)生。
C11,C13(濾波電容):
二次側(cè)第一級濾波電容,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:
● 輸出Ripple電壓是符合規(guī)格
● 電容溫度是否超過額定值
● 電容值兩端電壓是否超過額定值
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)。
L3,C12(LC濾波電路):
LC濾波電路為第二級濾波,在不影響線路穩(wěn)定的情況下,一般會將L3 放大(電感量較大),如此C12可使用較小的電容值。
推薦閱讀:
特別推薦
- 復(fù)雜的RF PCB焊接該如何確保恰到好處?
- 電源效率測試
- 科技的洪荒之力:可穿戴設(shè)備中的MEMS傳感器 助運(yùn)動(dòng)員爭金奪銀
- 輕松滿足檢測距離,勞易測新型電感式傳感器IS 200系列
- Aigtek推出ATA-400系列高壓功率放大器
- TDK推出使用壽命更長和熱點(diǎn)溫度更高的全新氮?dú)馓畛淙嘟涣鳛V波電容器
- 博瑞集信推出低噪聲、高增益平坦度、低功耗 | 低噪聲放大器系列
技術(shù)文章更多>>
- 如何選擇和應(yīng)用機(jī)電繼電器實(shí)現(xiàn)多功能且可靠的信號切換
- 基于APM32F411的移動(dòng)電源控制板應(yīng)用方案
- 數(shù)字儀表與模擬儀表:它們有何區(qū)別?
- 聚焦制造業(yè)企業(yè)貨量旺季“急難愁盼”,跨越速運(yùn)打出紓困“連招”
- 選擇LDO時(shí)的主要考慮因素和挑戰(zhàn)
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
光收發(fā)器
光通訊器件
光纖連接器
軌道交通
國防航空
過流保護(hù)器
過熱保護(hù)
過壓保護(hù)
焊接設(shè)備
焊錫焊膏
恒溫振蕩器
恒壓變壓器
恒壓穩(wěn)壓器
紅外收發(fā)器
紅外線加熱
厚膜電阻
互連技術(shù)
滑動(dòng)分壓器
滑動(dòng)開關(guān)
輝曄
混合保護(hù)器
混合動(dòng)力汽車
混頻器
霍爾傳感器
機(jī)電元件
基創(chuàng)卓越
激光二極管
激光器
計(jì)步器
繼電器