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干货|高手讲解电源事理图附:每个元件的功能详解_电容_平凡

少女玫瑰心 2024-11-10 10:56:50 0

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输入:AC90~264V

输出:3.3V/4A

干货|高手讲解电源事理图附:每个元件的功能详解_电容_平凡 智能

我们先看事理图:

变压器是全体电源供应器的主要核心,以是变压器的打算及验证是很主要的。

决定变压器的材质及尺寸:

依据变压器打算公式

决定一次侧滤波电容:

滤波电容的决定,可以决定电容器上的Vin(min),滤波电容越大,Vin(win)越高,可以做较大瓦数的Power,但相对价格亦较高。

决定变压器线径及线数:

当变压器决定后,变压器的Bobbin即可决定,依据Bobbin的槽宽,可决定变压器的线径及线数,亦可打算出线径的电流密度,电流密度一样平常以6A/mm2为参考,电流密度对变压器的设计而言,只能当做参考值,终极应以温升记录为准。

决定Duty cycle (事情周期):

由以下公式可决定Duty cycle ,Duty cycle的设计一样平常以50%为基准,Duty cycle若超过50%易导致振荡的发生。

决定Ip值:

决定赞助电源的圈数:

依据变压器的圈比关系,可决定赞助电源的圈数及电压。

决定MOSFET及二次侧二极管的Stress(应力):

依据变压器的圈比关系,可以初步打算出变压器的应力(Stress)是否符合选用零件的规格,打算时以输入电压264V(电容器上为380V)为基准。

其它:

若输出电压为5V以下,且必须利用TL431而非TL432时,须考虑多一组绕组供应Photo coupler及TL431利用。

将所得资料代入

公式中,如此可得出B(max),若B(max)值太高或太低则参数必须重新调度。

变压器打算:

输出瓦数13.2W(3.3V/4A),Core = EI-28,可绕面积(槽宽)=10mm,Margin Tape = 2.8mm(每边),剩余可绕面积=4.4mm.

打算式:

变压器材质及尺寸:

由以上假设可知材质为PC-40,尺寸=EI-28,Ae=0.86cm2,可绕面积(槽宽)=10mm,因Margin Tape利用2.8mm,以是剩余可绕面积为4.4mm.

假设滤波电容利用47uF/400V,Vin(min)暂定90V。

决定变压器的线径及线数:

决定Duty cycle:

决定Ip值:

决定赞助电源的圈数:

决定MOSFET及二次侧二极管的Stress(应力):

其它:

由于输出为3.3V,而TL431的Vref值为2.5V,若再加上photo coupler上的压降约1.2V,将使得输出电压无法推动Photo coupler及TL431,以是必须其余增加一组线圈供应回授路径所需的电压。

变压器的接线图:

零件选用:

●FS1:

由变压器打算得到Iin值,以此Iin值(0.42A)可知利用公司共享料2A/250V,设计时亦须考虑Pin(max)时的Iin是否会超过保险丝的额定值。

●TR1(热敏电阻):

电源激活的瞬间,由于C1(一次侧滤波电容)短路,导致Iin电流很大,虽然韶光很短暂,但亦可能对Power产生侵害,以是必须在滤波电容之前加装一个热敏电阻,以限定开机瞬间Iin在Spec之内(115V/30A,230V/60A),但因热敏电阻亦会花费功率,以是不可放太大的阻值(否则会影响效率),一样平常利用SCK053(3A/5Ω),若C1电容利用较大的值,则必须考虑将热敏电阻的阻值变大(一样平常利用在大瓦数的Power上)。

●VDR1(突波接管器):

当雷极发生时,可能会破坏零件,进而影响Power的正常动作,以是必须在靠AC输入端 (Fuse之后),加上突波接管器来保护Power(一样平常常用07D471K),但若有价格上的考量,可先忽略不装。

●CY1,CY2(Y-Cap):

Y-Cap一样平常可分为Y1及Y2电容,若AC Input有FG(3 Pin)一样平常利用Y2- Cap , AC Input若为2Pin(只有L,N)一样平常利用Y1-Cap,Y1与Y2的差异,除了价格外(Y1较昂贵),绝缘等级及耐压亦不同(Y1称为双重绝缘,绝缘耐压约为Y2的两倍,且在电容的本体上会有“回”符号或注明Y1),此电路由于有FG以是利用Y2-Cap,Y-Cap会影响EMI特性,一样平常而言越大越好,但须考虑泄电及价格问题,泄电(Leakage Current )必须符合安规须求(3Pin公司标准为750uA max)。

●CX1(X-Cap)、RX1:

X-Cap为防制EMI零件,EMI可分为Conduction及Radiation两部分,Conduction规范一样平常可分为: FCC Part 15J Class B 、 CISPR 22(EN55022) Class B 两种 , FCC测试频率在450K~30MHz,CISPR 22测试频率在150K~30MHz, Conduction可在厂内以频谱剖析仪验证,Radiation 则必须到实验室验证,X-Cap 一样平常对低频段(150K ~ 数M之间)的EMI防制有效,一样平常而言X-Cap愈大,EMI防制效果愈好(但价格愈高),若X-Cap在0.22uf以上(包含0.22uf),安规规定必须要有泄放电阻(RX1,一样平常为1.2MΩ 1/4W)。

●LF1(Common Choke):

EMI防制零件,紧张影响Conduction 的中、低频段,设计时必须同时考虑EMI特性及温升,以同样尺寸的Common Choke而言,线圈数愈多(相对的线径愈细),EMI防制效果愈好,但温升可能较高。

●BD1(整流二极管):

AC电源以全波整流的办法转换为DC,由变压器所打算出的Iin值,可知只要利用1A/600V的整流二极管,由于是全波整流以是耐压只要600V即可。

●C1(滤波电容):

由C1的大小(电容值)可决定变压器打算中的Vin(min)值,电容量愈大,Vin(min)愈高但价格亦愈高,此部分可在电路中实际验证Vin(min)是否精确,若AC Input 范围在90V~132V (Vc1 电压最高约190V),可利用耐压200V的电容;若AC Input 范围在90V~264V(或180V~264V),因Vc1电压最高约380V,以是必须利用耐压400V的电容。

●D2(赞助电源二极管):

整流二极管,一样平常常用FR105(1A/600V)或BYT42M(1A/1000V),两者紧张差异:

1. 耐压不同(在此处利用差异无所谓)

2. VF不同(FR105=1.2V,BYT42M=1.4V)

●R10(赞助电源电阻):

紧张用于调度PWM IC的VCC电压,以目前利用的3843而言,设计时VCC必须大于8.4V(Min. Load时),但为考虑输出短路的情形,VCC电压不可设计的太高,以免当输出短路时不保护(或输入瓦数过大)。

●C7(滤波电容):

赞助电源的滤波电容,供应PWM IC较稳定的直流电压,一样平常利用100uf/25V电容。

●Z1(Zener 二极管):

当回授失落效时的保护电路,回授失落效时输出电压冲高,赞助电源电压相对提高,此时若没有保护电路,可能会造成零件破坏,若在3843 VCC与3843 Pin3脚之间加一个Zener Diode,当回授失落效时Zener Diode会崩溃,使得Pin3脚提前到达1V,以此可限定输出电压,达到保护零件的目的.Z1值的大小取决于赞助电源的高低,Z1的决定亦须考虑是否超过Q1的VGS耐压值,原则上利用公司的现有料(一样平常利用1/2W即可)。

●R2(激活电阻):

供应3843第一次激活的路径,第一次激活时透过R2对C7充电,以供应3843 VCC所需的电压,R2阻值较大时,turn on的韶光较长,但短路时Pin瓦数较小,R2阻值较小时,turn on的韶光较短,短路时Pin瓦数较大,一样平常利用220KΩ/2W M.O。

●R4 (Line Compensation):

高、低压补偿用,使3843 Pin3脚在90V/47Hz及264V/63Hz靠近同等(一样平常利用750KΩ~1.5MΩ 1/4W之间)。

●R3,C6,D1 (Snubber):

此三个零件组成Snubber,调度Snubber的目的:1.当Q1 off瞬间会有Spike产生,调度Snubber可以确保Spike不会超过Q1的耐压值,2.调度Snubber可改进EMI.一样平常而言,D1利用1N4007(1A/1000V)EMI特性会较好.R3利用2W M.O.电阻,C6的耐压值以两端实际压差为准(一样平常利用耐压500V的陶质电容)。

●Q1(N-MOS):

目前常利用的为3A/600V及6A/600V两种,6A/600V的RDS(ON)较3A/600V小,以是温升会较低,若IDS电流未超过3A,该当先以3A/600V为考量,并以温升记录来验证,由于6A/600V的价格高于3A/600V许多,Q1的利用亦需考虑VDS是否超过额定值。

●R8:

R8的浸染在保护Q1,避免Q1呈现浮接状态。

●R7(Rs电阻):

3843 Pin3脚电压最高为1V,R7的大小须与R4合营,以达到高低压平衡的目的,一样平常利用2W M.O.电阻,设计时先决定R7后再加上R4补偿,一样平常将3843 Pin3脚电压设计在0.85V~0.95V之间(视瓦数而定,若瓦数较小则不能太靠近1V,以免因零件偏差而顶到1V)。

●R5,C3(RC filter):

滤除3843 Pin3脚的噪声,R5一样平常利用1KΩ 1/8W,C3一样平常利用102P/50V的陶质电容,C3若利用电容值较小者,重载可能不开机(由于3843 Pin3瞬间顶到1V);若利用电容值较大者,大概会有轻载不开机及短路Pin过大的问题。

●R9(Q1 Gate电阻 ):

R9电阻的大小,会影响到EMI及温升特性,一样平常而言阻值大,Q1 turn on / turn off的速率较慢,EMI特性较好,但Q1的温升较高、效率较低(紧张是由于turn off速率较慢);若阻值较小, Q1 turn on / turn off的速率较快,Q1温升较低、效率较高,但EMI较差,一样平常利用51Ω-150Ω 1/8W。

●R6,C4(掌握振荡频率):

决定3843的事情频率,可由Data Sheet得到R、C组成的事情频率,C4一样平常为10nf的电容(偏差为5%),R6利用精密电阻,以DA-14B33为例,C4利用103P/50V PE电容,R6为3.74KΩ 1/8W精密电阻,振荡频率约为45 KHz。

●C5:

功能类似RC filter,紧张功用在于使高压轻载较不易振荡,一样平常利用101P/50V陶质电容。

●U1(PWM IC):

3843是PWM IC的一种,由Photo Coupler (U2)回授旗子暗记掌握Duty Cycle的大小,Pin3脚具有限流的浸染(最高电压1V),目前所用的3843中,有KA3843(SAMSUNG)及UC3843BN(S.T.)两种,两者脚位相同,但产生的振荡频率略有差异,UC3843BN较KA3843快了约2KHz,fT的增加会衍生出一些问题(例如:EMI问题、短路问题),因KA3843较难买,以是新机种设计时,只管即便利用UC3843BN。

●R1、R11、R12、C2(一次侧回路增益掌握):

3843内部有一个Error AMP(偏差放大器),R1、R11、R12、C2及Error AMP组成一个负回授电路,用来调度回路增益的稳定度,回路增益,调度不恰当可能会造成振荡或输出电压禁绝确,一样平常C2利用立式积层电容(温度持性较好)。

●U2(Photo coupler)

光耦合器(Photo coupler)紧张将二次侧的旗子暗记转换到一次侧(以电流的办法),当二次侧的TL431导通后,U2即会将二次侧的电流依比例转换到一次侧,此时3843由Pin6 (output)输出off的旗子暗记(Low)来关闭Q1,利用Photo coupler的缘故原由,是为了符合安规需求(primacy to secondary的间隔至少需5.6mm)。

●R13(二次侧回路增益掌握):

掌握流过Photo coupler的电流,R13阻值较小时,流过Photo coupler的电流较大,U2转换电流较大,回路增益较快(须要确认是否会造成振荡),R13阻值较大时,流过Photo coupler的电流较小,U2转换电流较小,回路增益较慢,虽然较不易造成振荡,但需把稳输出电压是否正常。

●U3(TL431)、R15、R16、R18

调度输出电压的大小,

,输出电压不可超过38V(由于TL431 VKA最大为36V,若再加Photo coupler的VF值,则Vo应在38V以下较安全),TL431的Vref为2.5V,R15及R16并联的目的使输出电压能微调,且R15与R16并联后的值不可太大(只管即便在2KΩ以下),以免造成输出不准。

●R14,C9(二次侧回路增益掌握):

掌握二次侧的回路增益,一样平常而言将电容放大会使增益变慢;电容放小会使增益变快,电阻的特性则刚好与电容相反,电阻放大增益变快;电阻放小增益变慢,至于何谓增益调度的最佳值,则可以Dynamic load来量测,即可取得一个最佳值。

●D4(整流二极管):

由于输出电压为3.3V,而输出电压调度器(Output Voltage Regulator)利用TL431(Vref=2.5V)而非TL432(Vref=1.25V),以是必须多增加一组绕组供应Photo coupler及TL431所需的电源,由于U2及U3所需的电流不大(约10mA旁边),二极管耐压值100V即可,以是只需利用1N4148(0.15A/100V)。

●C8(滤波电容):

由于U2及U3所需的电流不大,以是只要利用1u/50V即可。

●D5(整流二极管):

输出整流二极管,D5的利用需考虑:

a. 电流值

b. 二极管的耐压值

以此为例,输出电流4A,利用10A的二极管(Schottky)该当可以,但经点温升验证后创造D5温度偏高,以是必须换为15A的二极管,由于10A的VF较15A的VF 值大。
耐压部分40V履历证后符合,因此末了利用15A/40V Schottky。

●C10,R17(二次侧snubber) :

D5在截止的瞬间会有spike产生,若spike超过二极管(D5)的耐压值,二极管会有被击穿的危险,调度snubber可适当的减少spike的电压值,除保护二极管外亦可改进EMI,R17一样平常利用1/2W的电阻,C10一样平常利用耐压500V的陶质电容,snubber调度的过程(264V/63Hz)需把稳R17,C10是否会过热,应避免此种情形发生。

●C11,C13(滤波电容):

二次侧第一级滤波电容,应利用内阻较小的电容(LXZ,YXA…),电容选择是否洽当可依以下三点来剖断:

a. 输出Ripple电压是符合规格

b. 电容温度是否超过额定值

c. 电容值两端电压是否超过额定值

●R19(假负载):

适当的利用假负载可使线路更稳定,但假负载的阻值不可太小,否则会影响效率,利用时亦须把稳是否超过电阻的额定值(一样平常设计只利用额定瓦数的一半)。

●L3,C12(LC滤波电路):

LC滤波电路为第二级滤波,在不影响线路稳定的情形下,一样平常会将L3 放大(电感量较大),如此C12可利用较小的电容值。

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