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反激开关电源实战经验实例直播

 六云ocbohngfbq 2016-07-18

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下面所说只是个人经验,万事没有绝对只有万一。


  大纲:

  A、能效经验。

  B、参数计算。

  C、设计调试经验。

  D、画板经验。

  


  先上原理图.


  A、能效。

  6级能效明年初就要出来了,面对迷你高能效,对工程师来说又是很大的压力。

  调试多了,发现在不能换大功率器件的时候能效都是扣出来的,当然提高了能效其他方面也会带来影响,所以尼我们要用最低的成本最高能效,去找一个平衡。

  1、变压器AP AE越大越好。

  2、加大电感变压器线径,在低压时比较明显,调大到一定程度就没有什么效果了。

  3、R1 R2 X电容释放电阻,越大损耗越小,空载功耗效率都可以上来,同时要满足1S降到37%的电压,所以要找个平衡。

  4、CE1在有些方案中电容加大,功率器件 变压器MOS 肖特基 IC都会温度降低。

  5、桥堆,压降,目前低Vf值的桥堆,来提升能效。

  6、R3 R4启动电阻,越大能效越好,但是有个问题,启动时间,所以这里也要去找个平衡,或者做二级就是说放2个电容二极管隔离来减小启动时间问题。

  7、R5R6吸收电阻,电阻越大消耗的能量也就越小,带来的后果是Vds电压升高,所以要在能效和Vds直接去取一个平衡。

  8、R9驱动电阻,越小损耗越小,带来的后果是辐射效果,同样去找一个平衡。

  9、CS电阻,越大损耗越大轻载时比较明显。

  10、C17改善辐射,同时存在损耗影响效率。

  11、正向压降反向楼电流越小越好,做个试验,同样10U45 277封装过程120度,Dlodes108度,PFC98度。

  12、假负载越大越好,低了损耗加大,增加空载功耗降低效率。 确定是空载电压不稳(不是所有方案)

  13、MOS减小Rds导通损耗,驱动并一个二极管,快速关断,减小电压电流交叉面积。

  14、C2 RCD电容越小越好,带来的后果是Vds电压升高,所以要在能效和Vds直接去取一个平衡。

  15、加大变压器感量。

  16、加大匝比,同时Vds升高。

  17、减少变压器屏蔽,1个屏蔽在1个点左右。

  18、更换磁芯材质,PC40换成PC44,能提高1-2个点。

  19、选择低ESR的滤波电容。

  20、三明治绕法,降低漏感加强耦合,提高2个点左右。

 B 参数计算:

  变压器:

  频率;?=65K

  输入电压范围:Pin=100-240V

  输出电压:Po=12V

  效率:η=84%

  Vcc供电电压:Vcc=15.5V

  最大占空比:Dmax=0.45

  ΔB=0.2

  1、最小直流电压:Vinmin=90*1.2=108V

  2、最大直流电压:Vinmax=264*1.414=375V

  


  3、选择磁芯: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电流密度=400 Ku绕组系数=0.2

  选择EF25 AP=0.237cm4 AE=51.8mm2

  


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

  5、初级计算: Np=VINmin*ton/ΔB/AE 108*6.9/0.2/51.8 72T

  6、次级匝数计算: NS=(Vo Vd)*(1-Dmax)*NP/(VINmin*Dmax) =(12 0.6)*(1-0.45)*72/(108*0.45)  10T

  7、匝比计算:N=Np/Ns=72/10=7.2T

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

  9、峰值电流计算 Ipk=Iav*2/Dmax=0.265*2/0.45=1.178A

  10、电流变化率ΔI 计算: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、电流有效值:Irms=IPK*

=1.178*0.512=0.6A

  Krp(0.4-0.6) ΔI/Ipk=Krp 最大电流脉动系数

  


12、初级电感量计算:Lp=Vinmin*ton/ΔI=108*6.9/0.5865=1.27mH

  13、验证是否饱和:ΔB=Lp*Ipk/Np/Ae=1.27*1.178/72/51.8=0.4T<0.32T 太高了我们把感量降低一点1mH再验证

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

  这里具体绕制时再去决定增加圈数还是降低绕组。

  14、次级峰值电流:Ipks=Ipk*N=1.178*7.2=8.48A

  15、次级有效值计算:Irms=IsPK*

=8.48*0.566=4.78A

  12、初级线径计算:Dp=

*2 =0.178*2=0.35mm J=5-7 这里取6

  13、次级线径计算:Ds=

*2 =0.39*2=0.78mm J取10

  14、集肤深度:导线线径不超过集肤深度的2倍,若超过集肤深度,则需多股并绕。δ=66.1/√∫cm=66.1/254.95=0.259mm 0.259*2=0.52mm

  多股线计算=0.78/根号股数=0.78/1.414=0.55mm*2 取0.5*2 或0.55*2

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

  16、反馈绕组计算: Nvcc=Vcc/Va=15.5/1.26=12T

  变压器参数:Lp:1mH

  NP1: 38T 0.35mm

  Ns:10T 0.5*2

  Np2: 34T 0.35mm

  Nvcc:12T 0.18


  NP放在第一层这样每咋的长度最短减少匝间电容,起线放在MOS端使dv/di最大的部分被绕组屏蔽EMI较好,Vcc放在最外层Vcc满载不至于过压,放在初次级之间充当屏蔽。初次级之间加屏蔽,铜箔屏蔽要比线屏蔽效果好,线跟线之间存在缝隙。需要时磁芯外可以包外屏蔽但是屏蔽也是会产生损耗的效率会下降。


  1、保险丝:Irmsmax=Iav/0.6 0.6无PFC 加PFC0.9

  =0.265/0.6

  =0.44A

  If=Irmsmax*2 温度升高降额及安规要求降额

  =0.88Amin


  输入额定100-264V,选择耐压250V保险丝

  额定电压:即保险丝熔断两端电压,大于输入额定电压即可250V

  熔断积分:0.5*Ipk2*t=0.5*Ipk2*(1/T/2) 对表查看可开关的次数。

  额定电流:电流承载能力。

  分断能力:额定电压下,保险丝能够安全的开路,阻止电流上升至破坏值损毁元器件

  

保险丝参数:1A/250V


  桥堆选择:

  Vd=2√2*Vinmax=2*Vinmax=747V

  加470V压敏防雷击后其残压越775V左右*1.1(它表示在规定的冲击电流Ip通过压敏电阻器两端所产生的电压此电压又称为残压,所以选用的压敏电阻的残压一定要小于被保护物的耐压水平。)

  Vd=775*1.1=852.5V 471最大残压775V

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

  桥堆参数:1A/1KV


  压敏选择:

  1、压敏电阻:V1ma=a*Vinmax/b/c a:电压波动系数1.2 b:压敏误差系数0.85 c:压敏老化系数0.9

  =1.2*374/0.85/0.9

  =487.9V

  1000/2=500A IEC61000-4-5浪涌波形发生器对外输出有2欧的电阻通容量500A,考虑到流通容量随次数增加衰减需选取2倍。

  V1ma:阀值电压或击穿电压压敏不能持续流过mA级电流,此电压为流过1mA直流电流压敏电压。

  限制电压Vc:为残压压敏击穿2端的电压。

  流通容量:压敏承受规定的电流电压波形及次数后,压敏电压不可超过10%的最大冲击电流的峰值。

  

  

  

  

  



  根据上述选型表选择7D471K


  X电容

  安规规定X电容超过0.1uF需要加释放电阻,保证输入断电1S内降到安全电压,输入峰值电压的37%

  0.65*R*Cx=1 如Cx0.22uF

  R=1/0.65/0.22=7Mmax Cx:uF R单位M

  R=1/0.65/0.22=7M max 我们选择R1A 1M R1B 2M 这里还要注意耐压我们选择2颗1206贴片电阻

  因其他放电回路X电容漏电流这些因数所以最好实测调试。

  


  输入2pin为2类,输入3pin为1类,2类加强绝缘,1类基本绝缘。2类选择X2电容,容量越大传导效果越好。

  输入最大值:264

  X电容参数:X2 0.1uF/275V


  电解电容选择:

  当低电压和满载时,输入电流和纹波电压才是最大的,所以我们选择低压计算,因为我们电源是要保持输出电压调整率的,在桥式整流电路中,只有输入电压大于电解电容时桥堆导通才给电容充电,在桥堆不导通的时间内,输出的能量由电容提供,所以低压满载时电容的放电斜率是最大的即ΔV,整流桥的电流也是最大。

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

  V>Vinmax(375V)

  电解电容参数:47uF/400V

  共模电感选择:

  我不太喜欢去算太复杂。

  先上一个20mH UU9.8 测试传导去改变感量

  Ds=

*2=0.138*2=0.27mm

  共模电感:20mH 0.27mm UU9.8

  启动电阻R3 R4:

  (Vinmin-Vcc)/启动电流=R=(108-15.5)/5=18M(max)

  电阻太小启动时间太长,这里选择2M

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

  两端电压 375V

  R3 R4取值2M 1206

  VCC电容、整流二极管、限流电阻选择。

  VCC电容10-15uF 根据推荐值选取,耐压大于Vcc OVP值一般30V左右

  CE2Vcc电容取值:10uF 50V

  D2整流二极管 快管 DFR1M

  R8限流电阻2-10R选择 10R

  RCD吸收

  D1 1N4007

  R5//R6经验取100-200K 这里取R5200K R6200K 实际根据Vds效率调整

  C2经验取102-222这里取102/1KV


  计算方法:

  Vsn(电容两端电压)=0.9*BVdss-Vin

  VRO(反射电压)=(Vo Vd)/(NS/NP)

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

  钳位电容的值C=Vsn/(ΔV*R*fs)

  



  这个脉动电压ΔV取钳位电压Vsn的5%-10%


  以上总结,算出来的结果还得再试验中得到验证,只能做个参考;所以我们应以计算为基础,根据实验来回调整,找到一个更适合你的值。还有吸收电阻R一定要考虑降额使用,满足功率要求。


  R7限流电阻 减小di改善EMI,经验取47-100R,这里我用47R 1206


  MOS选择:

  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,选择600V的管子

  I=Io*3 取(输出电流2-3倍)

  MOS损耗Irms2*Rds=Psw

  封装根据空间尽量取大点,扇热好温度低。

  MOS参数:6N60 TO-220封装

  MOS驱动及栅极下拉电阻。

  R9经验值20R-47R

  D3经验值1N4148,快速关短

  R10栅极下来电阻 经验值10K


  主要参考推荐值

  CS电阻

  Rcs=Vcs/(IpK*1.2)=0.875/(1.178*1.1)=0.675 Vcs阀值电压1.2余量

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

  R12 R12A R13 R14 R15参数:3.3R1206

  R11 C3参照参考值即可,RC滤波来消弱HV对CS脚冲击保护IC。CS脚上的波形比上面的波形平滑而且不会有那么多毛刺,因为有RC滤波。


  R11 C3 参数:

  R11 100R

  C3 101/50V

  C4 FB滤波 推荐值102/50

  C5结3脚保护脚,不使用的情况下 推荐贴一颗电阻推荐值104/50V


  肖特基选择:

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

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

  封装TO-220,主要看温度效率

  肖特基参数:10A100VTO-220

  C6R16吸收:C6:经验值102-222

  R16:经验值20-47R

  测试辐射再去调整


  吸收参数:

  C6:102/100V0805

  R16:22R 0805


  输出滤波:

  电容电压(Vo Vd)*1.2=12.6*1.2=15.12V

  容量 Io*6=1200uF

  L1差模电感选择 10uF以内 线径 (Io/3.14/7)开根号*2=0.6mm

  R17假负载 尽量大,(Vo Vd)/Pw=12.6/0.12=0.0095=I 1206Pw= 0.125W

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

  输出共模100uF左右线径 (Io/3.14/7)开根号*2=0.6mm

  参数:CE3:680uF/16V CE4:680uF/16V

  L1:3.3uF/06mm

  R17:1.5K 1206

  LF2:100uF/06mm


  反馈:

  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


  参数:

  R18: 680R 0805

  R19:1.2K 0603

  R21:39K 0603 1%

  R22:10K 0603 1%

  C8 R20:经验取值105And1K或104And10K


  Y电容:

  根据初级峰值电压选取Y1,Y1参数交流额定工作电压250V,直流额定工作电压400V;二类产品漏电流小于0.25mA CY=Ileakage/2/π/?/Vrmsmax=0.25/2/3.14/63/264*10-6=2.39nFmax 可以选择不超过2390pF的电容 我们先选择Y1 102/400V的根据EMI再去调整,也可以选择2个Y2串联。

  Y电容参数:Y1 102/400V

  



  C、调试经验。


  1、保险丝保证正常工作电流不损坏,产品损坏大电流时,认证前面是接了一个空气开关之类的,保证在空气开关关断前先断开,断开后耐压保证不拉弧,额定100-240 250V保险丝即可,认证这一项只管满足额定即可,保险丝属于安规器件所以元器件就要满足安规比如我们做UL需要元器件有UL认证,3C元器件需做CQC认证。保险丝前后距离,海拔2000米大于2.0mm 海拔5000米大于2.5mm。

  2、压敏电阻,我们做开关电源范围都是90-264,471的压敏即可,具体7D 10D 14D看我们打差模还是共模和几KV。属于安规器件所以元器件就要满足安规比如我们做UL需要元器件有UL认证,3C元器件需做CQC认证。在后级原件可以承受所打雷击时,可以不加。

  3、X电容,大于0.11uF需要释放电阻来满足1S电压释放至37%,实际选择还是要看传导,电压需满足耐压我们电源属于消费类产品2类产品所以选择X2。属于安规器件所以元器件就要满足安规比如我们做UL需要元器件有UL认证,3C元器件需做CQC认证。容值越大传导越好。

  4、 共模电感,经验是越大传导越好。碰过一次高压效率OK,低压效率低了就是因为这里线细了。

  5、 CE1单电压220V取值Po*1,宽电压100-240V取值PO*2,电容太小可能会产生的问题低压带载不能起机,功率器件温度高,传导不好。

  6、R3 R4启动电阻,太小空载功耗低能效低,高了起机时间慢。可以接在L N或者释放电阻去降低空载功耗。同样有起机时间慢的问题。

  7、Vcc电容,尽量取大点,碰到过在满载转空载时电压有个跌落,进入欠压保护。并一个高频电容可以滤除高频杂波。

  8、R5 R6 吸收电阻,一般选择100-200K小功率1颗中功率要用到2-3颗,具体看功率。越小Vds越低,能效越差。

  9、C2吸收电容,选择102-222,电容越大Vds越低,能效越差。经验:更换材质可以降低噪声。

  10、D1二极管,快慢管可以根据EMI噪声选择。经验慢管可以减少MOS关断时的震荡频率。

  11、R7限流电阻,降低di,可以改善EMI。

  12、R8限流电阻,限制VCC供电电流及滤除尖峰的作用,一般2-10R,调整这个电阻可以改变Vcc电压,尽量小一点有方案中遇到过大了,空载电压飘高。

  13、D2整流管,尽量选择快管,碰到过使用慢管空载电压飘高,碰到一种情况VCC电压OVP,快管换慢管可以降低。

  14、R9驱动电阻一般我取30-47R之间,大一点EMI好,但是效率会下来,这里遇到过问题,一个方案中大于39R,空载电压会跳。

  15、D3快速释放 提高关断速度,减小电压电流交叉面积,减小损耗。因为布线中存在ESL,在驱动波形震荡厉害的情况下可以穿个小电阻来改善。

  16、R10栅极下拉电阻,一般去10K,释放栅极结电容,防止误动作,可以接在S极或地。

  17、C17在ds预留一个电容位置,改善EMI,100-101,太大影响效率。

  18、R11 C3组成以个RC滤波选择按IC资料,主要有RC滤波,消隐,延时的作用具体看方案。C3不要太大,有碰到装104低压带载不能起机。

  19、C4 FB滤波,SSR中没遇到过问题,在PSR方案中碰过,短路不保护炸机,可以在FB并一个小电容我是并了1个47pF。

  20、3脚保护脚,这里我没用所以并个电容,据FAE介绍可以悬空。这里还可以做输出OVP,在输出做一个稳压电路接光耦过呀点亮FB拉低过压保护。

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