LED照明開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)原理及全過(guò)程

一、概論 　　開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET構(gòu)成。開(kāi)關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開(kāi)關(guān)電源，這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開(kāi)關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間 　　電源有如人體的心臟，是所有電設(shè)備的動(dòng)力。但電源卻不像心臟那樣形式單一。因?yàn)?，?biāo)志電源特性的參數(shù)有功率、電源、頻率、噪聲及帶載時(shí)參數(shù)的變化等等；在同一參數(shù)要求下，又有體積、重量、形態(tài)、效率、可靠性等指標(biāo)，人可按此去"塑造"和完美電源，因此電源的形式是極多的。 　　隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源，進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年**關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開(kāi)關(guān)電源，更促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。 　　開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET構(gòu)成。開(kāi)關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開(kāi)關(guān)電源，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開(kāi)關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。 　　一般電力要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換才能符合使用的需要。轉(zhuǎn)換的例子有：交流轉(zhuǎn)換成直流，高電壓變成低電壓，大功率中取小功率等等。 　　開(kāi)關(guān)電源的工作原理是： 　　1.交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流； 　　2.通過(guò)高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)控制開(kāi)關(guān)管，將那個(gè)直流加到開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)上； 　　3.開(kāi)關(guān)變壓器次級(jí)感應(yīng)出高頻電壓，經(jīng)整流濾波供給負(fù)載； 　　4.輸出部分通過(guò)一定的電路反饋給控制電路，控制PWM占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。 　　開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)全過(guò)程 　　1 目的 　　希望以簡(jiǎn)短的篇幅，將公司目前設(shè)計(jì)的流程做介紹，若有介紹不當(dāng)之處，請(qǐng)不吝指教。 　　2 設(shè)計(jì)步驟： 　　2.1 繪線路圖、PCB Layout. 　　2.2 變壓器計(jì)算。 　　2.3 零件選用。 　　2.4 設(shè)計(jì)驗(yàn)證。 　　3 設(shè)計(jì)流程介紹(以DA-14B33為例)： 　　3.1 線路圖、PCB Layout請(qǐng)參考資識(shí)庫(kù)中說(shuō)明。 　　3.2 變壓器計(jì)算： 　　變壓器是整個(gè)電源供應(yīng)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。 　　3.2.1 決定變壓器的材質(zhì)及尺寸： 　　依據(jù)變壓器計(jì)算公式 　　B(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 = 鐵心截面積(cm2) 　　B(max)依鐵心的材質(zhì)及本身的溫度來(lái)決定，以TDK Ferrite Core PC40為例，100℃時(shí)的B(max)為3900 Gauss，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮零件誤差，所以一般取3000~3500 Gauss之間，若所設(shè)計(jì)的power為Adapter(有外殼)則應(yīng)取3000 Gauss左右，以避免鐵心因高溫而飽合，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. 　　3.2.2 決定一次側(cè)濾波電容： 　　濾波電容的決定，可以決定電容器上的Vin(min)，濾波電容越大，Vin(win)越高，可以做較大瓦數(shù)的Power，但相對(duì)價(jià)格亦較高。 　　3.2.3 決定變壓器線徑及線數(shù)： 　　當(dāng)變壓器決定後，變壓器的Bobbin即可決定，依據(jù)Bobbin的槽寬，可決定變壓器的線徑及線數(shù)，亦可計(jì)算出線徑的電流密度，電流密度一般以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)以溫昇記錄為準(zhǔn)?！　?.2.4 決定Duty cycle (工作周期)： 　　由以下公式可決定Duty cycle ，Duty cycle的設(shè)計(jì)一般以50%為基準(zhǔn)，Duty cycle若超過(guò)50%易導(dǎo)致振蕩的發(fā)生。 　　NS = 二次側(cè)圈數(shù) 　　NP = 一次側(cè)圈數(shù) 　　Vo = 輸出電壓 　　VD= 二極體順向電壓 　　Vin(min) = 濾波電容上的谷點(diǎn)電壓 　　D =工作周期(Duty cycle) 　　3.2.5 決定Ip值： 　　Ip = 一次側(cè)峰值電流 　　Iav = 一次側(cè)平均電流 　　Pout = 輸出瓦數(shù) 　　效率 　　PWM震蕩頻率 　　3.2.6 決定輔助電源的圈數(shù)： 　　依據(jù)變壓器的圈比關(guān)系，可決定輔助電源的圈數(shù)及電壓。 　　3.2.7 決定MOSFET及二次側(cè)二極體的Stress(應(yīng)力)： 　　依據(jù)變壓器的圈比關(guān)系，可以初步計(jì)算出變壓器的應(yīng)力(Stress)是否符合選用零件的規(guī)格，計(jì)算時(shí)以輸入電壓264V(電容器上為380V)為基準(zhǔn)。 　　3.2.8 其它： 　　若輸出電壓為5V以下，且必須使用TL431而非TL432時(shí)，須考慮多一組繞組提供Photo coupler及TL431使用。 　　3.2.9 將所得資料代入 公式中，如此可得出B(max)，若B(max)值太高或太低則參數(shù)必須重新調(diào)整。 　　3.2.10 DA-14B33變壓器計(jì)算： 　　輸出瓦數(shù)13.2W(3.3V/4A)，Core = EI-28，可繞面積(槽寬)=10mm，Margin Tape =？ 2.8mm(每邊)，剩余可繞面積=4.4mm. 　　假設(shè)fT = 45 KHz ，Vin(min)=90V，？ =0.7，P.F.=0.5(cosθ)，Lp=1600 Uh 　　計(jì)算式： 　　變壓器材質(zhì)及尺寸：l 　　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Margin Tape使用2.8mm，所以剩余可繞面積為4.4mm. 　　假設(shè)濾波電容使用47uF/400V，Vin(min)暫定90V. 　　決定變壓器的線徑及線數(shù)： 　　假設(shè)NP使用0.32ψ的線 　　電流密度= 　　可繞圈數(shù)= 　　假設(shè)Secondary使用0.35ψ的線 　　電流密度= 　　假設(shè)使用4P，則 　　電流密度= 　　可繞圈數(shù)= 　　決定Dutyl cycle： 　　假設(shè)Np=44T，Ns=2T，VD=0.5(使用schottky Diode) 　　決定Ip值： 　　決定輔助電源的圈數(shù)： 　　假設(shè)輔助電源=12V 　　NA1=6.3圈 　　假設(shè)使用0.23ψ的線 　　可繞圈數(shù)= 　　若NA1=6Tx2P，則輔助電源=11.4V 　　決定MOSFET及二次側(cè)二極體的Stress(應(yīng)力)： 　　MOSFET(Q1) =最高輸入電壓(380V)+ = 　　=463.6V 　　Diode(D5)=輸出電壓(Vo)+ x最高輸入電壓(380V)= 　　=20.57V 　　Diode(D4)= 　　= =41.4V 　　其它： 　　因?yàn)檩敵鰹?.3V，而TL431的Vref值為2.5V，若再加上photo coupler上的壓降約1.2V，將使得輸出電壓無(wú)法推動(dòng)Photo coupler及TL431，所以必須另外增加一組線圈提供回授路徑所需的電壓。 　　假設(shè)NA2 = 4T使用0.35ψ線，則 　　可繞圈數(shù)= ，所以可將NA2定為4Tx2P 　　變壓器的接線圖： 　　3.3 零件選用： 　　零件位置(標(biāo)注)請(qǐng)參考線路圖： (DA-14B33 Schematic) 　　3.3.1 FS1： 　　由變壓器計(jì)算得到Iin值，以此Iin值(0.42A)可知使用公司共用料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。 　　3.3.2 TR1(熱敏電阻)： 　　電源啟動(dòng)的瞬間，由於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(duì)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(kāi)機(jī)瞬間Iin在Spec之內(nèi)(115V/30A，230V/60A)，但因熱敏電阻亦會(huì)消耗功率，所以不可放太大的阻值(否則會(huì)影響效率)，一般使用SCK053(3A/5Ω)，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)。 　　3.3.3 VDR1(突波吸收器)： 　　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，所以必須在靠AC輸入端 (Fuse之後)，加上突波吸收器來(lái)保護(hù)Power(一般常用07D471K)，但若有價(jià)格上的考量，可先忽略不裝。 　　3.3.4 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(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"符號(hào)或注明Y1)，此電路因?yàn)橛蠪G所以使用Y2-Cap，Y-Cap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 Current )必須符合安規(guī)須求(3Pin公司標(biāo)準(zhǔn)為750uA max)。 　　3.3.5 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(cè)試頻率在450K~30MHz，CISPR 22測(cè)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(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)，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)。 　　3.3.6 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特性及溫昇，以同樣尺寸的Common Choke而言，線圈數(shù)愈多(相對(duì)的線徑愈細(xì))，EMI防制效果愈好，但溫昇可能較高。 　　3.3.7 BD1(整流二極體)： 　　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的整流二極體，因?yàn)槭侨ㄕ魉阅蛪褐灰?00V即可。 　　3.3.8 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。 　　Re：開(kāi)關(guān)電方設(shè)計(jì)過(guò)祘 　　3.3.9 D2(輔助電源二極體)： 　　整流二極體，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) 　　3.3.10 R10(輔助電源電阻)： 　　主要用於調(diào)整PWM IC的VCC電壓，以目前使用的3843而言，設(shè)計(jì)時(shí)VCC必須大於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(guò)大)。 　　3.3.11 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。 　　3.3.12 Z1(Zener 二極體)： 　　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(duì)提高，此時(shí)若沒(méi)有保護(hù)電路，可能會(huì)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(huì)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值的大小取決於輔助電源的高低，Z1的決定亦須考慮是否超過(guò)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)。 　　3.3.13 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(guò)R2對(duì)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(zhǎng)，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 　　3.3.14 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)。 　　3.3.15 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(huì)有Spike產(chǎn)生，調(diào)整Snubber可以確保Spike不會(huì)超過(guò)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(huì)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)。 　　3.3.16 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，所以溫昇會(huì)較低，若IDS電流未超過(guò)3A，應(yīng)該先以3A/600V為考量，并以溫昇記錄來(lái)驗(yàn)證，因?yàn)?A/600V的價(jià)格高於3A/600V許多，Q1的使用亦需考慮VDS是否超過(guò)額定值。 　　3.3.17 R8： 　　R8的作用在保護(hù)Q1，避免Q1呈現(xiàn)浮接狀態(tài)。 　　3.3.18 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後再加上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)。 　　3.3.19 R5，C3(RC filter)： 　　濾除3843 Pin3腳的雜訊，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(kāi)機(jī)(因?yàn)?843 Pin3瞬間頂?shù)?V)；若使用電容值較大者，也許會(huì)有輕載不開(kāi)機(jī)及短路Pin過(guò)大的問(wèn)題。 　　3.3.20 R9(Q1 Gate電阻 )： 　　R9電阻的大小，會(huì)影響到EMI及溫昇特性，一般而言阻值大，Q1 turn on / turn off的速度較慢，EMI特性較好，但Q1的溫昇較高、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溫昇較低、效率較高，但EMI較差，一般使用51Ω-150Ω 1/8W. 　　3.3.21 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/50V PE電容，R6為3.74KΩ 1/8W精密電阻，振蕩頻率約為45 KHz. 　　3.3.22 C5： 　　功能類似RC filter，主要功用在於使高壓輕載較不易振蕩，一般使用101P/50V陶質(zhì)電容。 　　3.3.23 U1(PWM IC)： 　　3843是PWM IC的一種，由Photo Coupler (U2)回授信號(hào)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(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，所以新機(jī)種設(shè)計(jì)時(shí)，盡量使用UC3843BN. 　　3.3.24 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(lái)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(huì)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)。 　　3.3.25 U2(Photo coupler) 　　光耦合器(Photo coupler)主要將二次側(cè)的信號(hào)轉(zhuǎn)換到一次側(cè)(以電流的方式)，當(dāng)二次側(cè)的TL431導(dǎo)通後，U2即會(huì)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(hào)(Low)來(lái)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)。 　　3.3.26 R13(二次側(cè)回路增益控制)： 　　控制流過(guò)Photo coupler的電流，R13阻值較小時(shí)，流過(guò)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(huì)造成振蕩)，R13阻值較大時(shí)，流過(guò)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。 　　3.3.27 U3(TL431)、R15、R16、R18 　　調(diào)整輸出電壓的大小， ，輸出電壓不可超過(guò)38V(因?yàn)門(mén)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)後的值不可太大(盡量在2KΩ以下)，以免造成輸出不準(zhǔn)。 　　3.3.28 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(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；電阻放小增益變慢，至於何謂增益調(diào)整的最佳值，則可以Dynamic load來(lái)量測(cè)，即可取得一個(gè)最佳值。 　　3.3.29 D4(整流二極體)： 　　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)，二極體耐壓值100V即可，所以只需使用1N4148(0.15A/100V)。 　　3.3.30 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。 　　3.3.31 D5(整流二極體)： 　　輸出整流二極體，D5的使用需考慮： 　　a. 電流值 　　b. 二極體的耐壓值 　　以DA-14B33為例，輸出電流4A，使用10A的二極體(Schottky)應(yīng)該可以，但經(jīng)點(diǎn)溫昇驗(yàn)證後發(fā)現(xiàn)D5溫度偏高，所以必須換為15A的二極體，因?yàn)?0A的VF較15A的VF 值大。耐壓部分40V經(jīng)驗(yàn)證後符合，因此最後使用15A/40V Schottky. 　　3.3.32 C10，R17(二次側(cè)snubber) ： 　　D5在截止的瞬間會(huì)有spike產(chǎn)生，若spike超過(guò)二極體(D5)的耐壓值，二極體會(huì)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)二極體外亦可改善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(guò)程(264V/63Hz)需注意R17，C10是否會(huì)過(guò)熱，應(yīng)避免此種情況發(fā)生。 　　3.3.33 C11，C13(濾波電容)： 　　二次側(cè)第一級(jí)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(lái)判定： 　　a. 輸出Ripple電壓是符合規(guī)格 　　b. 電容溫度是否超過(guò)額定值 　　c. 電容值兩端電壓是否超過(guò)額定值 　　3.3.34 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(huì)影響效率，使用時(shí)亦須注意是否超過(guò)電阻的額定值(一般設(shè)計(jì)只使用額定瓦數(shù)的一半)。 　　3.3.35 L3，C12(LC濾波電路)： 　　LC濾波電路為第二級(jí)濾波，在不影響線路穩(wěn)定的情況下，一般會(huì)將L3 放大(電感量較大)，如此C12可使用較小的電容值。 　　4 設(shè)計(jì)驗(yàn)證：(可分為三部分) 　　a. 設(shè)計(jì)階段驗(yàn)證 　　b. 樣品制作驗(yàn)證 　　c. QE驗(yàn)證 　　4.1 設(shè)計(jì)階段驗(yàn)證 　　設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)階段應(yīng)該養(yǎng)成記錄的習(xí)慣，記錄可以驗(yàn)證實(shí)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)證項(xiàng)目視規(guī)格而定)。 　　4.1.1 電氣規(guī)格驗(yàn)證： 　　4.1.1.1 3843 PIN3腳電壓(full load 4A) ： 　　90V/47Hz = 0.83V 　　115V/60Hz = 0.83V 　　132V/60Hz = 0.83V 　　180V/60Hz = 0.86V 　　230V/60Hz = 0.88V 　　264V/63Hz = 0.91V 　　4.1.1.2 Duty Cycle ， fT： 　　4.1.1.3 Vin(min) = 100V (90V / 47Hz full load) 　　4.1.1.4 Stress (264V / 63Hz full load) ： 　　Q1 MOSFET： 　　4.1.1.5 輔助電源(開(kāi)機(jī)，滿載)、短路Pin max.： 　　4.1.1.6 Static (full load) 　　Pin(w) Iin(A) Iout(A) Vout(V) P.F. Ripple(mV) Pout(w) eff 　　90V/47Hz 18.7 0.36 4 3.30 0.57 32 13.22 70.7 　　115V/60Hz 18.6 031 4 3.30 0.52 28 13.22 71.1 　　132V/60Hz 18.6 0.28 4 3.30 0.50 29 13.22 71.1 　　180V/60Hz 18.7 0.21 4 3.30 0.49 30 13.23 70.7 　　230V/60Hz 18.9 0.18 4 3.30 0.46 29 13.22 69.9 　　264V/60Hz 19.2 0.16 4 3.30 0.45 29 13.23 68.9 　　4.1.1.7 Full Range負(fù)載(0.3A-4A) 　　(驗(yàn)證是否有振蕩現(xiàn)象) 　　4.1.1.8 回授失效(輸出輕載) 　　Vout = 8.3Vê90V/47Hz 　　Vout = 6.03Vê264V/63Hz 　　4.1.1.9 O.C.P.(過(guò)電流保護(hù)) 　　90V/47Hz = 7.2A 　　264V/63Hz = 8.4A 　　4.1.1.10 Pin(max.) 　　90V/47Hz = 24.9W 　　264V/63Hz = 27.1W 　　4.1.1.11 Dynamic test 　　H=4A，t1=25ms，slew Rate = 0.8A/ms (Rise) 　　L=0.3A，t2=25ms，slew Rate = 0.8A/ms (Full) 　　90V/47Hz 　　264V/63Hz 　　4.1.1.12 HI-POT test： 　　HI-POT test一般可分為兩種等級(jí)： 　　輸入為3 Pin(有FG者)，HI-POT test為1500Vac/1minute.Y-CAP使用Y2-CAP 　　輸入為2 Pin(無(wú)FG者)，HI-POT test為3000Vac/1minute.Y-CAP使用Y1-CAP 　　DA-14B33屬於輸入3 PIN HI-POT test 為1500Vac/1 minute. 　　4.1.1.13 Grounding test： 　　輸入為3 Pin(有FG者)，一般均要測(cè)接地阻(Grounding test)，安規(guī)規(guī)定FG到輸出線材(輸出端)的接地電阻不能超過(guò)100MΩ(2.5mA/3 Second)。 　　4.1.1.14 溫昇記錄 　　設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)定案後(暫定)，需針對(duì)整體溫昇及EMI做評(píng)估，若溫昇或EMI無(wú)法符合規(guī)格，則需重新實(shí)驗(yàn)。溫昇記錄請(qǐng)參考附件，D5原來(lái)使用BYV118(10A/40V Schottky barrier 肖特基二極管 )，因溫昇較高改為PBYR1540CTX(15A/40V)。 　　4.1.1.15 EMI測(cè)試： 　　EMI測(cè)試分為二類： 　　Conduction(傳導(dǎo)干擾) 　　Radiation(幅射干擾) 　　前者視規(guī)范不同而有差異(FCC ： 450K - 30MHz，CISPR 22 ：150K - 30MHz)，前者可利用廠內(nèi)的頻譜分析儀驗(yàn)證；後者(范圍由30M - 300MHz，則因廠內(nèi)無(wú)設(shè)備必須到實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，Conduction，Radiation測(cè)試資料請(qǐng)參考附件) . 　　4.1.1.16 機(jī)構(gòu)尺寸： 　　設(shè)計(jì)階段即應(yīng)對(duì)機(jī)構(gòu)尺寸驗(yàn)證，驗(yàn)證的項(xiàng)目包括 ： PCB尺寸、零件限高、零件禁置區(qū)、螺絲孔位置及孔徑、外殼孔寸…，若設(shè)計(jì)階段無(wú)法驗(yàn)證，則必須在樣品階段驗(yàn)證。 　　4.1.2 樣品驗(yàn)證： 　　樣品制作完成後，除溫昇記錄、EMI測(cè)試外(是否需重新驗(yàn)證，視情況而定)，每一臺(tái)樣品都應(yīng)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證(包括電氣及機(jī)構(gòu)尺寸)，此階段的電氣驗(yàn)證可以以ATE(Chroma)測(cè)試來(lái)完成，ATE測(cè)試必須與電氣規(guī)格相符。 　　4.1.3 QE驗(yàn)證： 　　QE針對(duì)工程部所提供的樣品做驗(yàn)證，工程部應(yīng)提供以下交件及樣品供QE驗(yàn)證。 　　開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)缺點(diǎn) 　　1、功耗小，效率高。在開(kāi)關(guān)電源電路中，晶體管V在激勵(lì)信號(hào)的激勵(lì)下，它交替地工作在導(dǎo)通-截止和截止-導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度很快，頻率一般為50kHz左右，在一些技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家，可以做到幾百或者近1000kHz.這使得開(kāi)關(guān)晶體管V的功耗很小，電源的效率可以大幅度地提高，其效率可達(dá)到80%. 　　2、體積小，重量輕。從開(kāi)關(guān)電源的原理框圖可以清楚地看到這里沒(méi)有采用笨重的工頻變壓器。由于調(diào)整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了較大的散熱片。由于這兩方面原因，所以開(kāi)關(guān)電源的體積小，重量輕。 　　3、穩(wěn)壓范圍寬。從開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓是由激勵(lì)信號(hào)的占空比來(lái)調(diào)節(jié)的，輸入信號(hào)電壓的變化可以通過(guò)調(diào)頻或調(diào)寬來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。這樣，在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時(shí)，它仍能夠保證有較穩(wěn)定的輸出電壓。所以開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)壓范圍很寬，穩(wěn)壓效果很好。此外，改變占空比的方法有脈寬調(diào)制型和頻率調(diào)制型兩種。開(kāi)關(guān)電源不僅具有穩(wěn)壓范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求，靈活地選用各種類型的開(kāi)關(guān)電源。 　　濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減少。開(kāi)關(guān)電源的工作頻率目前基本上是工作在50kHz，是線性穩(wěn)壓電源的1000倍，這使整流后的濾波效率幾乎也提高了1000倍；即使采用半波整流后加電容濾波，效率也提高了500倍。在相同的紋波輸出電壓下，采用開(kāi)關(guān)電源時(shí)，濾波電容的容量只是線性穩(wěn)壓電源中濾波電容的1/500~1/1000.電路形式靈活多樣，有自激式和他激式，有調(diào)寬型和調(diào)頻型，有單端式和雙端式等等，設(shè)計(jì)者可以發(fā)揮各種類型電路的特長(zhǎng)，設(shè)計(jì)出能滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的開(kāi)關(guān)電源。 　　開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源缺點(diǎn)： 　　開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是存在較為嚴(yán)重的開(kāi)關(guān)干擾。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中，功率調(diào)整開(kāi)關(guān)晶體管V工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，它產(chǎn)生的交流電壓和電流通過(guò)電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振干擾，這些干擾如果不采取一定的措施進(jìn)行抑制、消除和屏蔽，就會(huì)嚴(yán)重地影響整機(jī)的正常工作。此外由于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源振蕩器沒(méi)有工頻變壓器的隔離，這些干擾就會(huì)串入工頻電網(wǎng)，使附近的其他電子儀器、設(shè)備和家用電器受到嚴(yán)重干擾。 　　目前，由于國(guó)內(nèi)微電子技術(shù)、阻容器件生產(chǎn)技術(shù)以及磁性材料技術(shù)與一些技術(shù)先進(jìn)國(guó)家還有一定的差距，因而造價(jià)不能進(jìn)一步降低，也影響到可靠性的進(jìn)一步提高。所以在我國(guó)的電子儀器以及機(jī)電一體化儀器中，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源還不能得到十分廣泛的普及及使用。特別是對(duì)于無(wú)工頻變壓器開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中的高壓電解電容器、高反壓大功率開(kāi)關(guān)管、開(kāi)關(guān)變壓器的磁芯材料等器件，在我國(guó)還處于研究、開(kāi)發(fā)階段。 　　在一些技術(shù)先進(jìn)國(guó)家，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源雖然有了一定的發(fā)展，但在實(shí)際應(yīng)用中也還存在一些問(wèn)題，不能十分令人滿意。這暴露出開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的又一個(gè)缺點(diǎn)，那就是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高，維修麻煩。對(duì)此，如果設(shè)計(jì)者和制造者不予以充分重視，則它將直接影響到開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的推廣應(yīng)用。當(dāng)今，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源推廣應(yīng)用比較困難的主要原因就是它的制作技術(shù)難度大、維修麻煩和造價(jià)成本較高。