開關電源電路詳解

2021-03-03 23:29:23 字數 5733 閱讀 4005

fs1:

由變壓器計算得到iin值,以此iin值(0.42a)可知使用公司共享料2a/250v,設計時亦須考慮pin(max)時的iin是否會超過保險絲的額定值。

tr1(熱敏電阻):

電源啟動的瞬間,由於c1(一次側濾波電容)短路,導致iin電流很大,雖然時間很短暫,但亦可能對power產生傷害,所以必須在濾波電容之前加裝乙個熱敏電阻,以限制開機瞬間iin在spec之內(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(一般使用在大瓦數的power上)。

vdr1(突波吸收器):

當雷極發生時,可能會損壞零件,進而影響power的正常動作,所以必須在靠ac輸入端 (fuse之後),加上突波吸收器來保護power(一般常用07d471k),但若有**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**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」符號或註明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**問題,漏電(leakage current )必須符合安規須求(**in公司標準為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規範一般可分為: 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可在廠內以頻譜分析儀驗證,radiation 則必須到實驗室驗證,x-cap 一般對低頻段(150k ~ 數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**愈高),若x-cap在0.22uf以上(包含0.

22uf),安規規定必須要有洩放電阻(rx1,一般為1.2mω 1/4w)。

lf1(***mon choke):

emi防制零件,主要影響conduction 的中、低頻段,設計時必須同時考慮emi特性及溫公升,以同樣尺寸的***mon choke而言,線圈數愈多(相對的線徑愈細),emi防制效果愈好,但溫公升可能較高。

bd1(整流二極體):

將ac電源以全波整流的方式轉換為dc,由變壓器所計算出的iin值,可知只要使用1a/600v的整流二極體,因為是全波整流所以耐壓只要600v即可。

c1(濾波電容):

由c1的大小(電容值)可決定變壓器計算中的vin(min)值,電容量愈大,vin(min)愈高但**亦愈高,此部分可在電路中實際驗證vin(min)是否正確,若ac input 範圍在90v~132v (vc1 電壓最高約190v),可使用耐壓200v的電容;若ac input 範圍在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(輔助電源二極體):

整流二極體,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):

主要用於調整pwm ic的vcc電壓,以目前使用的3843而言,設計時vcc必須大於8.4v(min. load時),但為考慮輸出短路的情況,vcc電壓不可設計的太高,以免當輸出短路時不保護(或輸入瓦數過大)。

c7(濾波電容):

輔助電源的濾波電容,提供pwm ic較穩定的直流電壓,一般使用100uf/25v電容。

z1(zener 二極體):

當回授失效時的保護電路,回授失效時輸出電壓衝高,輔助電源電壓相對提高,此時若沒有保護電路,可能會造成零件損壞,若在3843 vcc與3843 pin3腳之間加乙個zener diode,當回授失效時zener diode會崩潰,使得pin3腳提前到達1v,以此可限制輸出電壓,達到保護零件的目的.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q1的vgs耐壓值,原則上使用公司的現有料(一般使用1/2w即可).

r2(啟動電阻):

提供3843第一次啟動的路徑,第一次啟動時透過r2對c7充電,以提供3843 vcc所需的電壓,r2阻值較大時,turn on的時間較長,但短路時pin瓦數較小,r2阻值較小時,turn on的時間較短,短路時pin瓦數較大,一般使用220kω/2w m.o。.

r4 (line ***pensation):

高、低壓補償用,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):

此三個零件組成snubber,調整snubber的目的:1.當q1 off瞬間會有spike產生,調整snubber可以確保spike不會超過q1的耐壓值,2.

調整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的耐壓值以兩端實際壓差為準(一般使用耐壓500v的陶質電容)。

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,所以溫公升會較低,若ids電流未超過3a,應該先以3a/600v為考慮,並以溫公升記錄來驗證,因為6a/600v的**高於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q1,避免q1呈現浮接狀態。

r7(rs電阻):

3843 pin3腳電壓最高為1v,r7的大小須與r4配合,以達到高低壓平衡的目的,一般使用2w m.o.電阻,設計時先決定r7後再加上r4補償,一般將3843 pin3腳電壓設計在0.

85v~0.95v之間(視瓦數而定,若瓦數較小則不能太接近1v,以免因零件誤差而頂到1v)。

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的陶質電容,c3若使用電容值較小者,過載可能不開機(因為3843 pin3瞬間頂到1v);若使用電容值較大者,也許會有輕載不開機及短路pin過大的問題。

r9(q1 gate電阻 ):

r9電阻的大小,會影響到emi及溫公升特性,一般而言阻值大,q1 turn on / turn off的速度較慢,emi特性較好,但q1的溫公升較高、效率較低(主要是因為turn off速度較慢);若阻值較小, q1 turn on / turn off的速度較快,q1溫公升較低、效率較高,但emi較差,一般使用51ω-150ω 1/8w。

r6,c4(控制振盪頻率):

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10**/50v pe電容,r6為3.74kω 1/8w精密電阻,振盪頻率約為45 khz。

c5:功能類似rc filter,主要功用在於使高壓輕載較不易振盪,一般使用101p/50v陶質電容。

u1(pwm ic):

3843是pwm ic的一種,由photo coupler (u2)回授訊號控制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,但產生的振盪頻率略有差異,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,所以新機種設計時,盡量使用uc3843bn。

r1、r11、r12、c2(一次側迴路增益控制):

3843內部有乙個error amp(誤差放大器),r1、r11、r12、c2及error amp組成乙個負回授電路,用來調整迴路增益的穩定度,迴路增益,調整不恰當可能會造成振盪或輸出電壓不正確,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)主要將二次側的訊號轉換到一次側(以電流的方式),當二次側的tl431導通後,u2即會將二次側的電流依比例轉換到一次側,此時3843由pin6 (output)輸出off的訊號(low)來關閉q1,使用photo coupler的原因,是為了符合安規需求(primacy to secondary的距離至少需5.6mm)。

r13(二次側迴路增益控制):

控制流過photo coupler的電流,r13阻值較小時,流過photo coupler的電流較大,u2轉換電流較大,迴路增益較快(需要確認是否會造成振盪),r13阻值較大時,流過photo coupler的電流較小,u2轉換電流較小,迴路增益較慢,雖然較不易造成振盪,但需注意輸出電壓是否正常。

u3(tl431)、r15、r16、r18

調整輸出電壓的大小, ,輸出電壓不可超過38v(因為tl431 vka最大為36v,若再加photo coupler的vf值,則vo應在38v以下較安全),tl431的vref為2.5v,r15及r16併聯的目的使輸出電壓能微調,且r15與r16併聯後的值不可太大(盡量在2kω以下),以免造成輸出不准。

r14,c9(二次側迴路增益控制):

控制二次側的迴路增益,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,至於何謂增益調整的最佳值,則可以dynamic load來量測,即可取得乙個最佳值。

d4(整流二極體):

因為輸出電壓為3.3v,而輸出電壓調整器(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,因為u2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)。

c8(濾波電容):

因為u2及u3所需的電流不大,所以只要使用1u/50v即可。

d5(整流二極體):

輸出整流二極體,d5的使用需考慮:

電流值二極體的耐壓值

以da-14b33為例,輸出電流4a,使用10a的二極體(schottky)應該可以,但經點溫公升驗證後發現d5溫度偏高,所以必須換為15a的二極體,因為10a的vf較15a的vf 值大。耐壓部分40v經驗證後符合,因此最後使用15a/40v schottky。

c10,r17(二次側snubber) :

d5在截止的瞬間會有spike產生,若spike超過二極體(d5)的耐壓值,二極體會有被擊穿的危險,調整snubber可適當的減少spike的電壓值,除保護二極體外亦可改善emi,r17一般使用1/2w的電阻,c10一般使用耐壓500v的陶質電容,snubber調整的過程(264v/63hz)需注意r17,c10是否會過熱,應避免此種情況發生。

c11,c13(濾波電容):

二次側第一級濾波電容,應使用內阻較小的電容(lxz,yxa…),電容選擇是否洽當可依以下三點來判定:

輸出ripple電壓是符合規格

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(假負載):

適當的使用假負載可使線路更穩定,但假負載的阻值不可太小,否則會影響效率,使用時亦須注意是否超過電阻的額定值(一般設計只使用額定瓦數的一半)。

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。

開關電源電路詳解

1 開關電源的電路組成 開關電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器 emi 整流濾波電路 功率變換電路 pwm控制器電路 輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護電路 輸出過欠壓保護電路 輸出過流保護電路 輸出短路保護電路等。開關電源的電路組成方框圖如下 二 輸入電路的原理及常見電路 1 ac ...

開關電源各功能電路詳解

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開關電源電路圖詳解

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