資深工程師分享開關電源設計心得
發布時間:2019-05-22 責任編輯:xueqi
【導讀】資深工程師分享開關電源的設計及生產工藝,印製板布線的一些原則,印製板銅皮走線的一些事項,如何確定變壓器反射電壓(即占空比)等。
印製板的設計。開關電源工作在高頻率,高脈衝狀態,屬於模擬電路中的一個比較特殊種類。布板時須遵循高頻電路布線原則。
1、布局:脈(mai)衝(chong)電(dian)壓(ya)連(lian)線(xian)盡(jin)可(ke)能(neng)短(duan),其(qi)中(zhong)輸(shu)入(ru)開(kai)關(guan)管(guan)到(dao)變(bian)壓(ya)器(qi)連(lian)線(xian),輸(shu)出(chu)變(bian)壓(ya)器(qi)到(dao)整(zheng)流(liu)管(guan)連(lian)接(jie)線(xian)。脈(mai)衝(chong)電(dian)流(liu)環(huan)路(lu)盡(jin)可(ke)能(neng)小(xiao)如(ru)輸(shu)入(ru)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)正(zheng)到(dao)變(bian)壓(ya)器(qi)到(dao)開(kai)關(guan)管(guan)返(fan)回(hui)電(dian)容(rong)負(fu)。輸(shu)出(chu)部(bu)分(fen)變(bian)壓(ya)器(qi)出(chu)端(duan)到(dao)整(zheng)流(liu)管(guan)到(dao)輸(shu)出(chu)電(dian)感(gan)到(dao)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)返(fan)回(hui)變(bian)壓(ya)器(qi)電(dian)路(lu)中(zhong)X電容要盡量接 近開關電源輸入端,輸入線應避免與其他電路平行,應避開。Y電容應放置在機殼接地端子或FG連接端。共摸電感應與變壓器保持一定距離,以避免磁偶合。如不好處理可在共摸電感與變壓器間加一屏蔽,以上幾項對開關電 源的EMC性能影響較大。
輸shu出chu電dian容rong一yi般ban可ke采cai用yong兩liang隻zhi一yi隻zhi靠kao近jin整zheng流liu管guan另ling一yi隻zhi應ying靠kao近jin輸shu出chu端duan子zi,可ke影ying響xiang電dian源yuan輸shu出chu紋wen波bo指zhi標biao,兩liang隻zhi小xiao容rong量liang電dian容rong並bing聯lian效xiao果guo應ying優you於yu用yong一yi隻zhi大da容rong量liang電dian容rong。發fa熱re器qi件jian要yao和he電dian解jie電dian容rong保bao持chi一yi定ding距ju離li,以yi延yan長chang整zheng機ji壽shou命ming,電dian解jie電dian容rong是shi開kai關guan電dian源yuan壽shou命ming的de瓶ping勁jin,如ru變bian壓ya器qi、功率管、大功率電阻要和電解保持距離,電解之間也須留出散熱空間,條件允許 可將其放置在進風口。
控製部分要注意:高阻抗弱信號電路連線要盡量短如取樣反饋環路,在處理時要盡量避免其受幹擾、電流取樣信號電路,特別是電流控製型電路,處理不好易出現一些想不到的意外,其中有一些技巧,現以3843電路舉例見圖(1)圖一效果要好於圖二,圖二在滿載時用示波器觀測電流波形上明顯疊加尖刺,由於幹擾限流點比設計值偏低,圖一則沒有這種現象、還有開關管驅動信號電路,開關管驅動電阻要靠近開關管,可提高開關管工作可靠性,這和功率MOSFET高直流阻抗電壓驅動特性有關。

下麵談一談印製板布線的一些原則。
線間距:隨著印製線路板製造工藝的不斷完善和提高,一般加工廠製造出線間距等於甚至小於0.1mm已經不存在什麼問題,完全能夠滿足大多數應用場合。考慮到開關電源所采用的元器件及生產工藝,一般雙麵板最小線間距設為0.3mm,單麵板最小線間距設為0.5mm,焊盤與焊盤、焊盤與過孔或過孔與過孔,最小 間距設為0.5mm,可避免在焊接操作過程中出現“橋接”現(xian)象(xiang)。,這(zhe)樣(yang)大(da)多(duo)數(shu)製(zhi)板(ban)廠(chang)都(dou)能(neng)夠(gou)很(hen)輕(qing)鬆(song)滿(man)足(zu)生(sheng)產(chan)要(yao)求(qiu),並(bing)可(ke)以(yi)把(ba)成(cheng)品(pin)率(lv)控(kong)製(zhi)得(de)非(fei)常(chang)高(gao),亦(yi)可(ke)實(shi)現(xian)合(he)理(li)的(de)布(bu)線(xian)密(mi)度(du)及(ji)有(you)一(yi)個(ge)較(jiao)經(jing)濟(ji)的(de)成(cheng)本(ben)。
最小線間距隻適合信號控製電路和電壓低於63V的低壓電路,當線間電壓大於該值時一般可按照500V/1mm經驗值取線間距。
鑒(jian)於(yu)有(you)一(yi)些(xie)相(xiang)關(guan)標(biao)準(zhun)對(dui)線(xian)間(jian)距(ju)有(you)較(jiao)明(ming)確(que)的(de)規(gui)定(ding),則(ze)要(yao)嚴(yan)格(ge)按(an)照(zhao)標(biao)準(zhun)執(zhi)行(xing),如(ru)交(jiao)流(liu)入(ru)口(kou)端(duan)至(zhi)熔(rong)斷(duan)器(qi)端(duan)連(lian)線(xian)。某(mou)些(xie)電(dian)源(yuan)對(dui)體(ti)積(ji)要(yao)求(qiu)很(hen)高(gao),如(ru)模(mo)塊(kuai)電(dian)源(yuan)。一(yi)般(ban)變(bian)壓(ya)器(qi)輸(shu)入(ru)側(ce)線(xian)間(jian)距(ju)為(wei)1mm實踐證明是可行的。對交流輸入,(隔離)直流輸出的電源產品,比較嚴格的規定為安全間距要大於等於6mm,當然這由相關的標準及執行方法 確(que)定(ding)。一(yi)般(ban)安(an)全(quan)間(jian)距(ju)可(ke)由(you)反(fan)饋(kui)光(guang)耦(ou)兩(liang)側(ce)距(ju)離(li)作(zuo)為(wei)參(can)考(kao),原(yuan)則(ze)大(da)於(yu)等(deng)於(yu)這(zhe)個(ge)距(ju)離(li)。也(ye)可(ke)在(zai)光(guang)耦(ou)下(xia)麵(mian)印(yin)製(zhi)板(ban)上(shang)開(kai)槽(cao),使(shi)爬(pa)電(dian)距(ju)離(li)加(jia)大(da)以(yi)滿(man)足(zu)絕(jue)緣(yuan)要(yao)求(qiu)。一(yi)般(ban)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)交(jiao)流(liu)輸(shu)入(ru)側(ce)走(zou)線(xian)或(huo)板(ban)上(shang)元(yuan)件(jian)距(ju)非(fei)絕(jue)緣(yuan)的(de)外(wai)殼(ke)、散熱器間距要大於5mm,輸出側走線或器件距外殼或散熱器間距要大於2mm,或嚴格按照安全規範執行。
常用方法:上(shang)文(wen)提(ti)到(dao)的(de)線(xian)路(lu)板(ban)開(kai)槽(cao)的(de)方(fang)法(fa)適(shi)用(yong)於(yu)一(yi)些(xie)間(jian)距(ju)不(bu)夠(gou)的(de)場(chang)合(he),順(shun)便(bian)提(ti)一(yi)下(xia),該(gai)法(fa)也(ye)常(chang)用(yong)來(lai)作(zuo)為(wei)保(bao)護(hu)放(fang)電(dian)間(jian)隙(xi),常(chang)見(jian)於(yu)電(dian)視(shi)機(ji)顯(xian)象(xiang)管(guan)尾(wei)板(ban)和(he)電(dian)源(yuan)交(jiao)流(liu)輸(shu)入(ru)處(chu)。該(gai)法(fa)在(zai)模(mo)塊(kuai)電(dian)源(yuan)中(zhong)得(de)到(dao)了(le)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong),在(zai)灌(guan)封(feng)的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)可(ke)獲(huo)得(de)很(hen)好(hao)的(de)效(xiao)果(guo)。
方法二:墊絕緣紙,可采用青殼紙、聚脂膜、聚(ju)四(si)氟(fu)乙(yi)烯(xi)定(ding)向(xiang)膜(mo)等(deng)絕(jue)緣(yuan)材(cai)料(liao)。一(yi)般(ban)通(tong)用(yong)電(dian)源(yuan)用(yong)青(qing)殼(ke)紙(zhi)或(huo)聚(ju)脂(zhi)膜(mo)墊(dian)在(zai)線(xian)路(lu)板(ban)於(yu)金(jin)屬(shu)機(ji)殼(ke)間(jian),這(zhe)種(zhong)材(cai)料(liao)有(you)機(ji)械(xie)強(qiang)度(du)高(gao),有(you)有(you)一(yi)定(ding)抗(kang)潮(chao)濕(shi)的(de)能(neng)力(li)。聚(ju)四(si)氟(fu)乙(yi)烯(xi)定(ding)向(xiang)膜(mo)由(you)於(yu)具(ju)有(you)耐(nai)高(gao)溫(wen)的(de)特(te)性(xing)在(zai)模(mo)塊(kuai)電(dian)源(yuan)中(zhong)得(de)到(dao)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)。在(zai)元(yuan)件(jian)和(he)周(zhou)圍(wei)導(dao)體(ti)間(jian)也(ye)可(ke)墊(dian)絕(jue)緣(yuan)薄(bo)膜(mo)來(lai)提(ti)高(gao)絕(jue)緣(yuan)抗(kang)電(dian)性(xing)能(neng)。
注意:mouxieqijianjueyuanbeifutaobunengyonglaizuoweijueyuanjiezhierjianxiaoanquanjianju,rudianjiedianrongdewaipi,zaigaowentiaojianxia,gaiwaipiyoukenengshoureshousuo。dadianjiefangbaocaoqianduanyaoliuchukongjian,yiquebaodianjiedianrongzaifeichangqingkuangshinengwuzuaidixieya.
談一談印製板銅皮走線的一些事項:
走線電流密度:現在多數電子線路采用絕緣板縛銅構成。常用線路板銅皮厚度為35μm,走線可按照1A/mm經驗值取電流密度值,具體計算可參見教科書。為保證走線機械強度原則線寬應大於或等於0.3mm(其他非電源線路板可能最小線寬會小一些)。銅皮厚度為70μm線路板也常見於開關電源,那麼電流密度可更高些。
補充一點,現常用線路板設計工具軟件一般都有設計規範項,如線寬、線(xian)間(jian)距(ju),旱(han)盤(pan)過(guo)孔(kong)尺(chi)寸(cun)等(deng)參(can)數(shu)都(dou)可(ke)以(yi)進(jin)行(xing)設(she)定(ding)。在(zai)設(she)計(ji)線(xian)路(lu)板(ban)時(shi),設(she)計(ji)軟(ruan)件(jian)可(ke)自(zi)動(dong)按(an)照(zhao)規(gui)範(fan)執(zhi)行(xing),可(ke)節(jie)省(sheng)許(xu)多(duo)時(shi)間(jian),減(jian)少(shao)部(bu)分(fen)工(gong)作(zuo)量(liang),降(jiang)低(di)出(chu)錯(cuo)率(lv)。
一般對可靠性要求比較高的線路或布線線密度大可采用雙麵板。其特點是成本適中,可靠性高,能滿足大多數應用場合。
模塊電源行列也有部分產品采用多層板,主要便於集成變壓器電感等功率器件,優化接線、功率管散熱等。具有工藝美觀一致性好,變壓器散熱好的優點,但其缺點是成本較高,靈活性較差,僅適合於工業化大規模生產。
danmianban,shichangliutongtongyongkaiguandianyuanjihudoucaiyongledanmianxianluban,qijuyoudichengbendeyoushi,zaisheji,jishengchangongyishangcaiquyixiecuoshiyikequebaoqixingneng。
談(tan)談(tan)單(dan)麵(mian)印(yin)製(zhi)板(ban)設(she)計(ji)的(de)一(yi)些(xie)體(ti)會(hui),由(you)於(yu)單(dan)麵(mian)板(ban)具(ju)有(you)成(cheng)本(ben)低(di)廉(lian),易(yi)於(yu)製(zhi)造(zao)的(de)特(te)點(dian),在(zai)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)線(xian)路(lu)中(zhong)得(de)到(dao)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong),由(you)於(yu)其(qi)隻(zhi)有(you)一(yi)麵(mian)縛(fu)銅(tong),器(qi)件(jian)的(de)電(dian)器(qi)連(lian)接(jie),機(ji)械(xie)固(gu)定(ding)都(dou)要(yao)依(yi)靠(kao)那(na)層(ceng)銅(tong)皮(pi),在(zai)處(chu)理(li)時(shi)必(bi)須(xu)小(xiao)心(xin)。
為保證良好的焊接機械結構性能,單麵板焊盤應稍微大一些,以確保銅皮和基板的良好縛著力,而不至於受到震動時銅皮剝離、斷脫。一般焊環寬度應大於0.3mm。hanpankongzhijingyinglvedayuqijianyinjiaozhijing,danbuyiguoda,baozhengguanjiaoyuhanpanjianyouhanxilianjiejulizuiduan,pankongdaxiaoyibufangaizhengchangzhajianweidu,hanpankongzhijingyibandayuguanjiaozhijing0.1-0.2mm。多引腳器件為保證順利查件,也可更大一些。
電氣連線應盡量寬,原則寬度應大於焊盤直徑,特殊情況應在連線於與焊盤交彙必須將線加寬(俗稱生成淚滴),避免在某些條件線與焊盤斷裂。原則最小線寬應大於0.5mm。
單(dan)麵(mian)板(ban)上(shang)元(yuan)器(qi)件(jian)應(ying)緊(jin)貼(tie)線(xian)路(lu)板(ban)。需(xu)要(yao)架(jia)空(kong)散(san)熱(re)的(de)器(qi)件(jian),要(yao)在(zai)器(qi)件(jian)與(yu)線(xian)路(lu)板(ban)之(zhi)間(jian)的(de)管(guan)腳(jiao)上(shang)加(jia)套(tao)管(guan),可(ke)起(qi)到(dao)支(zhi)撐(cheng)器(qi)件(jian)和(he)增(zeng)加(jia)絕(jue)緣(yuan)的(de)雙(shuang)重(zhong)作(zuo)用(yong),要(yao)最(zui)大(da)限(xian)度(du)減(jian)少(shao)或(huo)避(bi)免(mian)外(wai)力(li)衝(chong)擊(ji)對(dui)焊(han)盤(pan)與(yu)管(guan)腳(jiao)連(lian)接(jie)處(chu)造(zao)成(cheng)的(de)影(ying)響(xiang),增(zeng)強(qiang)焊(han)接(jie)的(de)牢(lao)固(gu)性(xing)。線(xian)路(lu)板(ban)上(shang)重(zhong)量(liang)較(jiao)大(da)的(de)部(bu)件(jian)可(ke)增(zeng)加(jia)支(zhi)撐(cheng)連(lian)接(jie)點(dian),可(ke)加(jia)強(qiang)與(yu)線(xian)路(lu)板(ban)間(jian)連(lian)接(jie)強(qiang)度(du),如(ru)變(bian)壓(ya)器(qi),功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)散(san)熱(re)器(qi)。
單麵板焊接麵引腳在不影響與外殼間距的前題條件下,可留得長一些,其優點是可增 加焊接部位的強度,加大焊接麵積、有虛焊現象可即時發現。引腳長剪腿時,焊接部位受力較小。在台灣、日本常采用把器件引腳在焊接麵彎成與線路板成45度 角,然後再焊接的工藝,的其道理同上。今天談一談雙麵板設計中的一些事項,在一 些要求比較高,或走線密度比較大的應用環境中采用雙麵印製板,其性能及各方麵指標要比單麵板好很多。
雙麵板焊盤由於孔已作金屬化處理強度較高,焊環可比單麵板小一些,焊盤孔孔徑可 比bi管guan腳jiao直zhi徑jing略lve微wei大da一yi些xie,因yin為wei在zai焊han接jie過guo程cheng中zhong有you利li於yu焊han錫xi溶rong液ye通tong過guo焊han孔kong滲shen透tou到dao頂ding層ceng焊han盤pan,以yi增zeng加jia焊han接jie可ke靠kao性xing。但dan是shi有you一yi個ge弊bi端duan,如ru果guo孔kong過guo大da,波bo峰feng焊han時shi在zai射she流liu錫xi衝chong擊ji下xia部bu分fen器qi件jian可ke能neng上shang浮fu,產chan生sheng一yi些xie缺que陷xian。
大電流走線的處理,線寬可按照前帖處理,如寬度不夠,一般可采用在走線上鍍錫增加厚度進行解決,其方法有好多種
1, 將走線設置成焊盤屬性,這樣在線路板製造時該走線不會被阻焊劑覆蓋,熱風整平時會被鍍上錫。
2, 在布線處放置焊盤,將該焊盤設置成需要走線的形狀,要注意把焊盤孔設置為零。
3, 在阻焊層放置線,此方法最靈活,但不是所有線路板生產商都會明白你的意圖,需用文字說明。在阻焊層放置線的部位會不塗阻焊劑。
線xian路lu鍍du錫xi的de幾ji種zhong方fang法fa如ru上shang,要yao注zhu意yi的de是shi,如ru果guo很hen寬kuan的de的de走zou線xian全quan部bu鍍du上shang錫xi,在zai焊han接jie以yi後hou,會hui粘zhan接jie大da量liang焊han錫xi,並bing且qie分fen布bu很hen不bu均jun勻yun,影ying響xiang美mei觀guan。一yi般ban可ke采cai用yong細xi長chang條tiao鍍du錫xi寬kuan度du在zai1~1.5mm,長度可根據線路來確定,鍍錫部分間隔0.5~1mm雙麵線路板為布局、zouxiantigonglehendadexuanzexing,keshibuxiangengquyuheli。guanyujiedi,gonglvdiyuxinhaodiyidingyaofenkai,lianggedikezailvbodianrongchuhuihe,yibimiandamaichongdianliutongguoxinhaodilianxianerdaozhichuxianbuwendingdeyiwaiyinsu,xinhaokongzhihuilujinliangcaiyongyidianjiedifa,youyigejiqiao,jinliangbafeijiedidezouxianfangzhizaitongyibuxianceng,zuihouzailingwaiyicengpudixian。shuchu 線一般先經過濾波電容處,再到負載,輸入線也必須先通過電容,再到變壓器,理論依據是讓紋波電流都通過旅濾波電容。
電壓反饋取樣,為避免大電流通過走線的影響,反饋電壓的取樣點一定要放在電源輸出最末梢,以提高整機負載效應指標。
zouxiancongyigebuxiancengbiandaolingwaiyigebuxiancengyibanyongguokongliantong,buyitongguoqijianguanjiaohanpanshixian,yinweizaichazhuangqijianshiyoukenengpohuaizhezhonglianjieguanxi,haiyouzaimei1A電流通過時,至少應有2個過孔,過孔孔徑原則要大於0.5mm,一般0.8mm可確保加工可靠性。
器(qi)件(jian)散(san)熱(re),在(zai)一(yi)些(xie)小(xiao)功(gong)率(lv)電(dian)源(yuan)中(zhong),線(xian)路(lu)板(ban)走(zou)線(xian)也(ye)可(ke)兼(jian)散(san)熱(re)功(gong)能(neng),其(qi)特(te)點(dian)是(shi)走(zou)線(xian)盡(jin)量(liang)寬(kuan)大(da),以(yi)增(zeng)加(jia)散(san)熱(re)麵(mian)積(ji),並(bing)不(bu)塗(tu)阻(zu)焊(han)劑(ji),有(you)條(tiao)件(jian)可(ke)均(jun)勻(yun)放(fang)置(zhi)過(guo)孔(kong),增(zeng)強(qiang)導(dao)熱(re)性(xing)能(neng)。
談談鋁基板在開關電源中的應用和多層印製板在開關電源電路中的應用。
鋁基板由其本身構造,具有以下特點:導熱性能非常優良、單麵縛銅、器件隻能放置在縛銅麵、不能開電器連線孔所以不能按照單麵板那樣放置跳線。
lvjibanshangyibandoufangzhitiepianqijian,kaiguanguan,shuchuzhengliuguantongguojibanbareliangchuandaochuqu,rezuhendi,kequdejiaogaokekaoxing。bianyaqicaiyongpingmiantiepianjiegou,yeketongguojibansanre,qiwenshengbichangguiyaodi,tongyangguigebianyaqicaiyonglvjibanjiegoukededaojiaodadeshuchugonglv。lvjibantiaoxiankeyicaiyongdaqiaodefangshichuli。lvjibandianyuanyibanyouyouliangkuaiyinzhibanzucheng,lingwaiyikuaibanfang 置控製電路,兩塊板之間通過物理連接合成一體。
由you於yu鋁lv基ji板ban優you良liang的de導dao熱re性xing,在zai小xiao量liang手shou工gong焊han接jie時shi比bi較jiao困kun難nan,焊han料liao冷leng卻que過guo快kuai,容rong易yi出chu現xian問wen題ti現xian有you一yi個ge簡jian單dan實shi用yong的de方fang法fa,將jiang一yi個ge燙tang衣yi服fu的de普pu通tong電dian熨yun鬥dou(最好有調溫功能),翻過來,熨燙麵向上,固定好,溫度調到150℃zuoyou,balvjibanfangzaiyundoushangmian,jiawenyiduanshijian,ranhouanzhaochangguifangfajiangyuanjiantieshangbinghanjie,yundouwenduyiqijianyiyuhanjieweiyi,taigaoyoukenengshiqijiansunhuai,shenzhilvjibantongpiboli,wendutaidihanjiexiaoguobuhao,yaolinghuozhangwo。
最(zui)近(jin)幾(ji)年(nian),隨(sui)著(zhe)多(duo)層(ceng)線(xian)路(lu)板(ban)在(zai)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)電(dian)路(lu)中(zhong)應(ying)用(yong),使(shi)得(de)印(yin)製(zhi)線(xian)路(lu)變(bian)壓(ya)器(qi)成(cheng)為(wei)可(ke)能(neng),由(you)於(yu)多(duo)層(ceng)板(ban),層(ceng)間(jian)距(ju)較(jiao)小(xiao),也(ye)可(ke)以(yi)充(chong)分(fen)利(li)用(yong)變(bian)壓(ya)器(qi)窗(chuang)口(kou)截(jie)麵(mian),可(ke)在(zai)主(zhu)線(xian)路(lu)板(ban)上(shang)再(zai)加(jia)一(yi)到(dao)兩(liang)片(pian)由(you)多(duo)層(ceng)板(ban)組(zu)成(cheng)的(de)印(yin)製(zhi)線(xian)圈(quan)達(da)到(dao)利(li)用(yong)窗(chuang)口(kou),降(jiang)低(di)線(xian)路(lu)電(dian)流(liu)密(mi)度(du)的(de)目(mu)的(de),由(you)於(yu)采(cai)用(yong)印(yin)製(zhi)線(xian)圈(quan),減(jian)少(shao)了(le)人(ren)工(gong)幹(gan)預(yu),變(bian)壓(ya)器(qi)一(yi)致(zhi)性(xing)好(hao),平(ping)麵(mian)結(jie)構(gou),漏(lou)感(gan)低(di),偶(ou)合(he) 好hao。開kai啟qi式shi磁ci芯xin,良liang好hao的de散san熱re條tiao件jian。由you於yu其qi具ju有you諸zhu多duo的de優you勢shi,有you利li於yu大da批pi量liang生sheng產chan,所suo以yi得de到dao廣guang泛fan的de應ying用yong。但dan研yan製zhi開kai發fa初chu期qi投tou入ru較jiao大da,不bu適shi合he小xiao規gui模mo生sheng。
開kai關guan電dian源yuan分fen為wei,隔ge離li與yu非fei隔ge離li兩liang種zhong形xing式shi,在zai這zhe裏li主zhu要yao談tan一yi談tan隔ge離li式shi開kai關guan電dian源yuan的de拓tuo撲pu形xing式shi,在zai下xia文wen中zhong,非fei特te別bie說shuo明ming,均jun指zhi隔ge離li電dian源yuan。隔ge離li電dian源yuan按an照zhao結jie構gou形xing式shi不bu同tong,可ke分fen為wei兩liang大da類lei:zhengjishihefanjishi。fanjishizhizaibianyaqiyuanbiandaotongshifubianjiezhi,bianyaqichuneng。yuanbianjiezhishi,fubiandaotong,nengliangshifangdaofuzaidegongzuozhuangtai,yibanchangguifanjishidianyuandanguan 多(duo),雙(shuang)管(guan)的(de)不(bu)常(chang)見(jian)。正(zheng)激(ji)式(shi)指(zhi)在(zai)變(bian)壓(ya)器(qi)原(yuan)邊(bian)導(dao)通(tong)同(tong)時(shi)副(fu)邊(bian)感(gan)應(ying)出(chu)對(dui)應(ying)電(dian)壓(ya)輸(shu)出(chu)到(dao)負(fu)載(zai),能(neng)量(liang)通(tong)過(guo)變(bian)壓(ya)器(qi)直(zhi)接(jie)傳(chuan)遞(di)。按(an)規(gui)格(ge)又(you)可(ke)分(fen)為(wei)常(chang)規(gui)正(zheng)激(ji),包(bao)括(kuo)單(dan)管(guan)正(zheng)激(ji),雙(shuang)管(guan)正(zheng)激(ji)。半(ban)橋(qiao)、橋式電路都屬於正激電路。
正(zheng)激(ji)和(he)反(fan)激(ji)電(dian)路(lu)各(ge)有(you)其(qi)特(te)點(dian),在(zai)設(she)計(ji)電(dian)路(lu)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)為(wei)達(da)到(dao)最(zui)優(you)性(xing)價(jia)比(bi),可(ke)以(yi)靈(ling)活(huo)運(yun)用(yong)。一(yi)般(ban)在(zai)小(xiao)功(gong)率(lv)場(chang)合(he)可(ke)選(xuan)用(yong)反(fan)激(ji)式(shi)。稍(shao)微(wei)大(da)一(yi)些(xie)可(ke)采(cai)用(yong)單(dan)管(guan)正(zheng)激(ji)電(dian)路(lu),中(zhong)等(deng)功(gong)率(lv)可(ke)采(cai)用(yong)雙(shuang)管(guan)正(zheng)激(ji)電(dian)路(lu)或(huo)半(ban)橋(qiao)電(dian)路(lu),低(di)電(dian)壓(ya)時(shi)采(cai)用(yong)推(tui)挽(wan)電(dian)路(lu),與(yu)半(ban)橋(qiao)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)相(xiang)同(tong)。大(da)功(gong)率(lv)輸(shu)出(chu),一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)橋(qiao)式(shi)電(dian)路(lu),低(di)壓(ya)也(ye)可(ke)采(cai)用(yong)推(tui)挽(wan)電(dian)路(lu)。
fanjishidianyuanyinqijiegoujiandan,shengdiaoleyigehebianyaqitijidaxiaochabuduodediangan,erzaizhongxiaogonglvdianyuanzhongdedaoguangfandeyingyong。zaiyouxiejieshaozhongjiangdaofanjishidianyuangonglvzhinengzuodaojishiwa,shuchugonglvchaoguo100瓦就沒有優勢,實現起來有難度。本人認為一般情況下是這樣的,但也不能一概而論,PI公司的TOP芯片就可做到300瓦,有文章介紹反激電源可做到上千瓦,但沒見過實物。輸出功率大小與輸出電壓高低有關。
反激電源變壓器漏感是一個非常關鍵的參數,由於反激電源需要變壓器儲存能量,要 使(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)鐵(tie)芯(xin)得(de)到(dao)充(chong)分(fen)利(li)用(yong),一(yi)般(ban)都(dou)要(yao)在(zai)磁(ci)路(lu)中(zhong)開(kai)氣(qi)隙(xi),其(qi)目(mu)的(de)是(shi)改(gai)變(bian)鐵(tie)芯(xin)磁(ci)滯(zhi)回(hui)線(xian)的(de)斜(xie)率(lv),使(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)能(neng)夠(gou)承(cheng)受(shou)大(da)的(de)脈(mai)衝(chong)電(dian)流(liu)衝(chong)擊(ji),而(er)不(bu)至(zhi)於(yu)鐵(tie)芯(xin)進(jin)入(ru)飽(bao)和(he)非(fei)線(xian)形(xing)狀(zhuang)態(tai),磁(ci)路(lu)中(zhong)氣(qi)隙(xi)處(chu)於(yu)高(gao)磁(ci)阻(zu)狀(zhuang)態(tai),在(zai)磁(ci)路(lu)中(zhong)產(chan)生(sheng)漏(lou)磁(ci)遠(yuan)大(da)於(yu)完(wan)全(quan)閉(bi)合(he)磁(ci)路(lu)。
變bian壓ya器qi初chu次ci極ji間jian的de偶ou合he,也ye是shi確que定ding漏lou感gan的de關guan鍵jian因yin素su,要yao盡jin量liang使shi初chu次ci極ji線xian圈quan靠kao近jin,可ke采cai用yong三san明ming治zhi繞rao法fa,但dan這zhe樣yang會hui使shi變bian壓ya器qi分fen布bu電dian容rong增zeng大da。選xuan用yong鐵tie芯xin盡jin量liang用yong窗chuang口kou比bi較jiao長chang的de磁ci芯xin,可ke減jian小xiao漏lou感gan,如ru用yongEE、EF、EER、PQ型磁芯效果要比EI型的好。
關於反激電源的占空比,原則上反激電源的最大占空比應該小於0.5,否則環路不容易補償,有可能不穩定,但有一些例外,如美國PI公司推出的TOP係列芯片是可以工作在占空比大於0.5的條件下。 占空比由變壓器原副邊匝數比確定,本人對做反激的看法是,先確定反射電壓(輸出電壓通過變壓器耦合反映到原邊的電壓值),在zai一yi定ding電dian壓ya範fan圍wei內nei反fan射she電dian壓ya提ti高gao則ze工gong作zuo占zhan空kong比bi增zeng大da,開kai關guan管guan損sun耗hao降jiang低di。反fan射she電dian壓ya降jiang低di則ze工gong作zuo占zhan空kong比bi減jian小xiao,開kai關guan管guan損sun耗hao增zeng大da。當dang然ran這zhe也ye是shi有you前qian提ti條tiao件jian,當dang占zhan空kong比bi增zeng大da,則ze意yi味wei著zhe輸shu出chu二er極ji管guan導dao通tong時shi間jian縮suo 短(duan),為(wei)保(bao)持(chi)輸(shu)出(chu)穩(wen)定(ding),更(geng)多(duo)的(de)時(shi)候(hou)將(jiang)由(you)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)放(fang)電(dian)電(dian)流(liu)來(lai)保(bao)證(zheng),輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)將(jiang)承(cheng)受(shou)更(geng)大(da)的(de)高(gao)頻(pin)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)衝(chong)刷(shua),而(er)使(shi)其(qi)發(fa)熱(re)加(jia)劇(ju),這(zhe)在(zai)許(xu)多(duo)條(tiao)件(jian)下(xia)是(shi)不(bu)允(yun)許(xu)的(de)。占(zhan)空(kong)比(bi)增(zeng)大(da),改(gai)變(bian)變(bian)壓(ya)器(qi)匝(za)數(shu)比(bi),會(hui)使(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)漏(lou)感(gan)加(jia)大(da),使(shi)其(qi)整(zheng)體(ti)性(xing)能(neng)變(bian),當(dang)漏(lou)感(gan)能(neng)量(liang)大(da)到(dao)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du),可(ke)充(chong)分(fen)抵(di)消(xiao)掉(diao)開(kai)關(guan)管(guan)大(da)占(zhan)空(kong)帶(dai)來(lai)的(de)低(di)損(sun)耗(hao),時(shi)就(jiu)沒(mei)有(you)再(zai)增(zeng)大(da)占(zhan) 空(kong)比(bi)的(de)意(yi)義(yi)了(le),甚(shen)至(zhi)可(ke)能(neng)會(hui)因(yin)為(wei)漏(lou)感(gan)反(fan)峰(feng)值(zhi)電(dian)壓(ya)過(guo)高(gao)而(er)擊(ji)穿(chuan)開(kai)關(guan)管(guan)。由(you)於(yu)漏(lou)感(gan)大(da),可(ke)能(neng)使(shi)輸(shu)出(chu)紋(wen)波(bo),及(ji)其(qi)他(ta)一(yi)些(xie)電(dian)磁(ci)指(zhi)標(biao)變(bian)差(cha)。當(dang)占(zhan)空(kong)比(bi)小(xiao)時(shi),開(kai)關(guan)管(guan)通(tong)過(guo)電(dian)流(liu)有(you)效(xiao)值(zhi)高(gao),變(bian)壓(ya)器(qi)初(chu)級(ji)電(dian)流(liu)有(you)效(xiao)值(zhi)大(da),降(jiang)低(di)變(bian)換(huan)器(qi)效(xiao)率(lv),但(dan)可(ke)改(gai)善(shan)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)的(de)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian),降(jiang)低(di)發(fa)熱(re)。
如何確定變壓器反射電壓(即占空比)
有網友提到開關電源的反饋環路的參數設置,工作狀態分析。由於在上學時高數學的比較差,《自動控製原理》差一點就補考了,對於這一門現在還感覺恐懼,到現在也不能完整寫出閉環係統傳遞函數,對於係統零點、極點的概念感覺很模糊,看波德圖也隻是大概看出是發散還是收斂,所以對於反饋補償不敢胡言亂語,但有有 一些建議。如果有一些數學功底,再有一些學習時間可以再把大學的課本《自動控製原理》找出來仔細的消化一下,並結合實際的開關電源電路,按工作狀態進行分析。一定會有所收獲,論壇有一個帖子《拜師求學反饋環路設計、調式》其中CMG回答得很好,我覺得可以參考。
接著談關於反激電源的占空比(本人關注反射電壓,與占空比一致),占空比還與選擇開關管的耐壓有關,有一些早期的反激電源使用比較低耐壓開關管,如600V或650V作為交流220V輸(shu)入(ru)電(dian)源(yuan)的(de)開(kai)關(guan)管(guan),也(ye)許(xu)與(yu)當(dang)時(shi)生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)有(you)關(guan),高(gao)耐(nai)壓(ya)管(guan)子(zi),不(bu)易(yi)製(zhi)造(zao),或(huo)者(zhe)低(di)耐(nai)壓(ya)管(guan)子(zi)有(you)更(geng)合(he)理(li)的(de)導(dao)通(tong)損(sun)耗(hao)及(ji)開(kai)關(guan)特(te)性(xing),像(xiang)這(zhe)種(zhong)線(xian)路(lu)反(fan)射(she)電(dian)壓(ya)不(bu)能(neng)太(tai)高(gao),否(fou)則(ze)為(wei)使(shi)開(kai)關(guan)管(guan)工(gong)作(zuo)在(zai)安(an)全(quan)範(fan)圍(wei)內(nei),吸(xi)收(shou)電(dian)路(lu)損(sun)耗(hao)的(de)功(gong)率(lv)也(ye)是(shi)相(xiang)當(dang)可(ke)觀(guan)的(de)。 實踐證明600V管子反射電壓不要大於100V,650V管子反射電壓不要大於120V,把漏感尖峰電壓值鉗位在50V時管子還有50V的工作餘量。現在 由於MOS管製造工藝水平的提高,一般反激電源都采用700V或750V甚至800-900V的開關管。像這種電路,抗過壓的能力強一些開關變壓器反射電壓也可以做得比較高一些,最大反射電壓在150V比較合適,能夠獲得較好的綜 合性能。PI公司的TOP芯片推薦為135V采用瞬變電壓抑製二極管鉗位。但他的評估板一般反射電壓都要低於這個數值在110V左右。這兩種類型各有優缺點:
第一類:缺點抗過壓能力弱,占空比小,變壓器初級脈衝電流大。優點:變壓器漏感小,電磁輻射低,紋波指標高,開關管損耗小,轉換效率不一定比第二類低。
第二類:缺點開關管損耗大一些,變壓器漏感大一些,紋波差一些。優點:抗過壓能力強一些,占空比大,變壓器損耗低一些,效率高一些。
反激電源反射電壓還有一個確定因素
反fan激ji電dian源yuan的de反fan射she電dian壓ya還hai與yu一yi個ge參can數shu有you關guan,那na就jiu是shi輸shu出chu電dian壓ya,輸shu出chu電dian壓ya越yue低di則ze變bian壓ya器qi匝za數shu比bi越yue大da,變bian壓ya器qi漏lou感gan越yue大da,開kai關guan管guan承cheng受shou電dian壓ya越yue高gao,有you可ke能neng擊ji穿chuan開kai關guan管guan、吸收電路消耗功率越大,有可能使吸收回路功率器件永久失效(特別是采用瞬變電壓抑製二極管的電路)。在設計低壓輸出小功率反激電源的優化過程中必須小心處理,其 處理方法有幾個:
1、 caiyongdayigegonglvdengjidecixinjiangdilougan,zheyangketigaodiyafanjidianyuandezhuanhuanxiaolv,jiangdisunhao,jianxiaoshuchuwenbo,tigaoduolushuchudianyuandejiaochatiaozhenglv,yibanchangjianyujiadianyongkaiguandianyuan,ruguangdieji、DVB機頂盒等。
2、ruguotiaojianbuyunxujiadacixin,zhinengjiangdifanshedianya,jianxiaozhankongbi。jiangdifanshedianyakejianxiaolougandanyoukenengshidianyuanzhuanhuanxiaolvjiangdi,zheliangzheshiyigemaodun,bixuyaoyouyigetidaiguochengcainengzhaodaoyigeheshidedian,zaibianyaqitidaishiyanguochengzhong,keyijiancebianyaqiyuanbiandefanfengdianya,jinliang 降低反峰電壓脈衝的寬度,和幅度,可增加變換器的工作安全裕度。一般反射電壓在110V時比較合適。
3、增強耦合,降低損耗,采用新的技術,和繞線工藝,變壓器為滿足安全規範會在原邊和副邊間采取絕緣措施,如墊絕緣膠帶、加絕緣端空膠帶。這些將影響變壓器漏感性能,現實生產中可采用初級繞組包繞次級的繞法。或者次級用三重絕緣線繞製,取消 初次級間的絕緣物,可以增強耦合,甚至可采用寬銅皮繞製。
文中低壓輸出指小於或等於5V的輸出,像這一類小功率電源,本人的經驗是,功率輸出大於20W輸出可采用正激式,可獲得最佳性價比,當然這也不是決對的, 與個人的習慣,應用的環境有關係。
反(fan)激(ji)電(dian)源(yuan)變(bian)壓(ya)器(qi)磁(ci)芯(xin)在(zai)工(gong)作(zuo)在(zai)單(dan)向(xiang)磁(ci)化(hua)狀(zhuang)態(tai),所(suo)以(yi)磁(ci)路(lu)需(xu)要(yao)開(kai)氣(qi)隙(xi),類(lei)似(si)於(yu)脈(mai)動(dong)直(zhi)流(liu)電(dian)感(gan)器(qi)。部(bu)分(fen)磁(ci)路(lu)通(tong)過(guo)空(kong)氣(qi)縫(feng)隙(xi)耦(ou)合(he)。為(wei)什(shen)麼(me)開(kai)氣(qi)隙(xi)的(de)原(yuan)理(li)本(ben)人(ren)理(li)解(jie)為(wei):由於功率鐵氧體也具有近似於矩形的工作特性曲線(磁滯回線),在工作特性曲線上Y軸表示磁感應強度(B),現在的生產工藝一般飽和點在400mT以上,一般此值 在設計中取值應該在200-300mT比較合適、X軸表示磁場強度(H)此值與磁化電流強度成比例關係。磁路開氣隙相當於把磁體磁滯回線向X軸(zhou)向(xiang)傾(qing)斜(xie),在(zai)同(tong)樣(yang)的(de)磁(ci)感(gan)應(ying)強(qiang)度(du)下(xia),可(ke)承(cheng)受(shou)更(geng)大(da)的(de)磁(ci)化(hua)電(dian)流(liu),則(ze)相(xiang)當(dang)於(yu)磁(ci)心(xin)儲(chu)存(cun)更(geng)多(duo)的(de)能(neng)量(liang),此(ci)能(neng)量(liang)在(zai)開(kai)關(guan)管(guan)截(jie)止(zhi)時(shi)通(tong)過(guo)變(bian)壓(ya)器(qi)次(ci)級(ji)瀉(xie)放(fang)到(dao)負(fu)載(zai)電(dian)路(lu),反(fan)激(ji)電(dian)源(yuan)磁(ci)芯(xin)開(kai)氣(qi)隙(xi)有(you)兩(liang)個(ge)作(zuo)用(yong)。其(qi)一(yi)是(shi)傳(chuan)遞(di)更(geng)多(duo)能(neng)量(liang),其(qi)二(er)防(fang)止(zhi)磁(ci)芯(xin)進(jin)入(ru)飽(bao)和(he)狀(zhuang)態(tai)。
fanjidianyuandebianyaqigongzuozaidanxiangcihuazhuangtai,bujinyaotongguociouhechuandinengliang,haidanfudianyabianhuanshurushuchugelideduozhongzuoyong。suoyiqixidechulixuyaofeichangxiaoxin,qixitaidakeshilouganbianda,cizhisunhaozengjia,tiesun、銅損增大,影響電源的整機性能。氣隙太小有可能使變壓器磁芯飽和,導致電源損壞。
suoweifanjidianyuandelianxuyuduanxumoshishizhibianyaqidegongzuozhuangtai,zaimanzaizhuangtaibianyaqigongzuoyunengliangwanquanchuandi,huobuwanquanchuandidegongzuomoshi。yibanyaogenjugongzuohuanjingjinxingsheji,changguifanjidianyuanyinggaigongzuozailianxumoshi,zheyangkaiguanguan、線路的損耗都比較小,而且可以減輕輸入輸出電容的工作應力,但是這也有一些例外。 需要在這裏特別指出:由you於yu反fan激ji電dian源yuan的de特te點dian也ye比bi較jiao適shi合he設she計ji成cheng高gao壓ya電dian源yuan,而er高gao壓ya電dian源yuan變bian壓ya器qi一yi般ban工gong作zuo在zai斷duan續xu模mo式shi,本ben人ren理li解jie為wei由you於yu高gao壓ya電dian源yuan輸shu出chu需xu要yao采cai用yong高gao耐nai壓ya的de整zheng流liu二er極ji管guan。由you於yu製zhi造zao工gong藝yi特te點dian,高gao反fan壓ya二er極ji管guan,反fan向xiang恢hui複fu時shi間jian長chang,速su度du低di,在zai電dian流liu連lian續xu狀zhuang態tai,二er極ji管guan是shi在zai有you正zheng向xiang偏pian壓ya時shi恢hui複fu,反fan向xiang恢hui複fu時shi的de能neng量liang損sun耗hao非fei常chang大da,不bu利li於yu 變bian換huan器qi性xing能neng的de提ti高gao,輕qing則ze降jiang低di轉zhuan換huan效xiao率lv,整zheng流liu管guan嚴yan重zhong發fa熱re,重zhong則ze甚shen至zhi燒shao毀hui整zheng流liu管guan。由you於yu在zai斷duan續xu模mo式shi下xia,二er極ji管guan是shi在zai零ling偏pian壓ya情qing況kuang下xia反fan向xiang偏pian置zhi,損sun耗hao可ke以yi降jiang到dao一yi個ge比bi較jiao低di的de水shui平ping。所suo以yi高gao壓ya電dian源yuan工gong作zuo在zai斷duan續xu模mo式shi,並bing且qie工gong作zuo頻pin率lv不bu能neng太tai高gao。 還有一類反激式電源工作在臨界狀態,一般這類電源工作在調頻模式,或調頻調寬雙模式,一些低成本的自激電源(RCC)常采用這種形式,為保證輸出穩定,變 壓ya器qi工gong作zuo頻pin率lv隨sui著zhe,輸shu出chu電dian流liu或huo輸shu入ru電dian壓ya而er改gai變bian,接jie近jin滿man載zai時shi變bian壓ya器qi始shi終zhong保bao持chi在zai連lian續xu與yu斷duan續xu之zhi間jian,這zhe種zhong電dian源yuan隻zhi適shi合he於yu小xiao功gong率lv輸shu出chu,否fou則ze電dian磁ci兼jian容rong特te性xing的de處chu理li會hui很hen讓rang人ren頭tou痛tong。
反(fan)激(ji)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)變(bian)壓(ya)器(qi)應(ying)工(gong)作(zuo)在(zai)連(lian)續(xu)模(mo)式(shi),那(na)就(jiu)要(yao)求(qiu)比(bi)較(jiao)大(da)的(de)繞(rao)組(zu)電(dian)感(gan)量(liang),當(dang)然(ran)連(lian)續(xu)也(ye)是(shi)有(you)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)的(de),過(guo)分(fen)追(zhui)求(qiu)絕(jue)對(dui)連(lian)續(xu)是(shi)不(bu)現(xian)實(shi)的(de),有(you)可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)很(hen)大(da)的(de)磁(ci)芯(xin),非(fei)常(chang)多(duo)的(de)線(xian)圈(quan)匝(za)數(shu),同(tong)時(shi)伴(ban)隨(sui)著(zhe)大(da)的(de)漏(lou)感(gan)和(he)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong),可(ke)能(neng)得(de)不(bu)償(chang)失(shi)。那(na)麼(me)如(ru)何(he)確(que)定(ding)這(zhe)個(ge)參(can)數(shu)呢(ne),通(tong)過(guo)多(duo)次(ci)實(shi)踐(jian),及(ji)分(fen)析(xi)同(tong)行(xing)的(de)設(she)計(ji),本(ben)人(ren)認(ren)為(wei),在(zai)標(biao)稱(cheng)電(dian)壓(ya)輸(shu)入(ru)時(shi),輸(shu)出(chu)達(da)到(dao)50%~60%變壓器從斷續,過渡到連續狀態比較合適。或者在最高輸入電壓狀態時,滿載輸出時,變壓器能夠過渡到連續狀態就可以了。
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