開關電源設計原理及全過程(二)

2021-01-21 電子產品世界

3.3.17 R8:

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/175084.htm

R8的作用在保護Q1,避免Q1呈現浮接狀態。

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)。

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的陶質電容,C3若使用電容值較小者,重載可能不開機(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。

3.3.20 R9(Q1 Gate電阻 ):

R9電阻的大小,會影響到EMI及溫N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N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N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陶質電容。

3.3.23 U1(PWM IC):

3843是PWM IC的一種,由Photo Coupler (U2)回授信號控制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,但產生的振蕩頻率略有差異,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,儘量使用UC3843BN.

3.3.24 R1、R11、R12、C2(一次側迴路增益控制):

3843內部有一個Error AMP(誤差放大器),R1、R11、R12、C2及Error AMP組成一個負回授電路,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)主要將二次側的信號轉換到一次側(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的信號(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)。

3.3.26 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蕩),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,雖然較不易造成振蕩,但需注意輸出電壓是否正常。

3.3.27 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並聯的目的使輸出電壓能微調,且R15與R16並聯後的值不可太大(儘量在2KΩ以下),以免造成輸出不準。

3.3.28 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,即可取得一個最佳值。

3.3.29 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)。

3.3.30 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。

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)應該可以,但經點溫N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.

3.3.32 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。

3.3.33 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:

a. 輸出Ripple電壓是符合規格

b. 電容溫度是否超過額定值

c. 電容值兩端電壓是否超過額定值

3.3.34 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)。

3.3.35 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。

4 設計驗證:(可分為三部分)

a. 設計階段驗證

b. 樣品製作驗證

c. QE驗證

4.1 設計階段驗證

設計實驗階段應該養成記錄的習慣,記錄可以驗證實驗結果是否與電氣規格相符,以下即就DA-14B33設計階段驗證做說明(驗證項目視規格而定)。

4.1.1 電氣規格驗證:

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

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