LED开关电源的PCB设计规范
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21. 整流桥堆、二极管或肖特基,晶元大小元件承认书或在BOM表要有描述,如67mil。
理由:管控供应商送货一至性,避免供应商偷工减料,影响产品效率
另人烦脑的就是供应商做手脚,导致一整批试产的产品过不了六级能效,原因就是肖特基内部晶元用小导致。
22. 电路设计,Snubber 电容,因为有异音问题,优先使用Mylar电容 。
处理异音的方法之一
23. 浸漆的TDK RF电感与未浸漆的鼓状差模电感,浸漆磁芯产生的噪音要小12dB
处理异音的方法之二
24. 变压器生产时真空浸漆,可以使其工作在较低的磁通密度,使用环氧树脂黑胶填充三个中柱上的缝隙
处理异音的方法之三
25. 电路设计,启动电阻如果使用在整流前时,要加串一颗几百K的电阻。
理由:电阻短路时,不会造成IC和MOSFET损坏。
26. 电路设计,高压大电容并一颗103P瓷片电容位置。
理由:对幅射30-60MHz都有一定的作用。
空间允许的话PCB Layout留一个位置吧,方便EMI整改
27. 在进行EMS项目测试时,需测试出产品的最大程序,直到产品损坏为止。
例如ESD 雷击等,一定要打到产品损坏为止,并做好相关记录,看产品余量有多少,做到心中有数
28. 电路设计,异常测试时,短路开路某个元件如果还有输出电压则要进行LPS测试,过流点不能超过8A。
超过8A是不能申请LPS的
29. 安规开壳样机,所有可选插件元件要装上供拍照用,L、N线和DC线与PCB要点白胶固定。
这个是经常犯的一个毛病,经常一股劲的把样品送到第三方机构,后面来来回回改来改去的
30. 电路调试,冷机时PSR需1.15倍电流能开机,SSR需1.3倍电流能开机,避免老化后启动不良
PSR现在很多芯片都可以实现“零恢复”OCP电流,比如ME8327N,具有“零恢复”OCP电流功能
31. 电路设计,请注意使用的Y电容总容量,不能超过222P, 因为有漏电流的影响
针对不同安规,漏电流要求也不一样,在设计时需特别留意
32. 反激拓补结构,变压器B值需小于3500高斯,如果变压器饱和一切动作将会失控,如下,上图为正常,下图为饱和。
变压器的磁饱和一定要确认,重重之重,这是首条安全性能保障,包括过流点的磁饱和、开机瞬间的磁饱和、输出短路的磁饱和、高温下的磁饱和、高低压的磁饱和。
33. 结构设计,散热片使用螺丝固定参考以下表格设计,实际应用中应增加0.5-1mm余量,参考如下表格:
BOM表上写的螺丝规格一定要对,不然量产时会让你难受
34. 结构设计,AC PIN焊线材的需使用勾焊,如果不是则要点白胶固定。
理由:安规要求
经常被第三方机构退回样品,整改
35. 传导整改,分段处理经验,如下图,这只是处理的一种方法,有些情况并不是能直接套用
36. 辐射整改,分段处理经验,如下图,适合一些新手工程师,提供一个参考的方向,有些情况并不是能直接套用,最主要的还是要搞清楚EMI产生的机理。
37. 关于PCB碰到的问题,如图,为什么99SE画板覆铜填充的时候填不满这个位置?像是有死铜一样
D1这个元件有个文字描述的属性放在了顶层铜箔,如图
把它放到顶层丝印后,完美解决。
38. 变压器铜箔屏蔽主要针对传导,线屏蔽主要针对辐射,当传导非常好的时候,有可能你的辐射会差,这个时候把变压器的铜箔屏蔽改成线屏蔽,尽量压低30M下降的位置,这样整改辐射会快很多。
EMI整改技巧之一
39. 测试辐射的时候,多带点不同品牌的MOS、肖特基。有的时候只差2、3dB的时候换一个不同品牌会有惊喜。
EMI整改技巧之二
40. VCC上的整流二极管,这个对辐射影响也是很大的。
一个惨痛案例,一款过了EMI的产品,余量都有4dB以上,量产很多次了,其中有一次量产抽检EMI发现辐射超1dB左右,不良率有50%,经过层层排查、一个个元件对换。最终发现是VCC上的整流二极管引发的问题,更换之前的管子(留低样品),余量有4dB。对不良管子分析,发现管子内部供应商做了镜像处理。
未完待续......
转自:电源研发精英圈
1. 变压器图纸、PCB、原理图这三者的变压器飞线位号需一至。
理由:安规认证要求
这是很多工程师在申请安规认证提交资料时会犯的一个毛病。
2. X电容的泄放电阻需放两组。
理由:UL62368、CCC认证要求断开一组电阻再测试X电容的残留电压
很多新手会犯的一个错误,修正的办法只能重新改PCB Layout,浪费自己和采购打样的时间。
3. 变压器飞线的PCB孔径需考虑到最大飞线直径,必要是预留两组一大一小的PCB孔。
理由:避免组装困难或过炉空焊问题
因为安规申请认证通常会有一个系列,比如说24W申请一个系列,其中包含4.2V-36V电压段,输出低压4.2V大电流和高压36V小电流的飞线线径是不一样的。
多根飞线直径计算参考如下表格:
4. 输出的DC线材的PCB孔径需考虑到最大线材直径。
理由:避免组装困难
因为你的PCB可能会用在不同电流段上,比如5V/8A,和20V/2A,两者使用的线材是不一样的
参考如下表格:
5. 电路调试,OCP限流电阻多个并联的阻值要设计成一样。
理由:阻值越大的那颗电阻承受的功率越大
6. 电路设计,散热片引脚的孔做成长方形椭圆形(经验值:2*1mm)。
理由:避免组装困难
椭圆形的孔方便散热器有个移动的空间,这对组装和过炉是非常有利的。
7. 电路调试,异常测试时,输出电压或OVP设计要小于60Vac(Vpk)/42.4Vdc(Vrms)。
理由:安规要求
这个新手比较容易忽略,所以申请认证的产品一定要做OVP测试,抓输出瞬间波形。
8. 电路设计,电解电容的防爆孔距离大于2mm,卧式弯脚留1.5mm。
理由:品质提升
一般正规公司都有这个要求,防爆孔的问题日本比较重视,特殊情况除外。
9. 电路调试,输出有LC滤波的电路需要老化确认纹波,如果纹波异常请调整环路。
理由:验证产品稳定性
这个很重要,我之前经常碰到这个问题,产线老化后测试纹波会变高,现象是环路震荡。
10. 电路调试,二极管并联时,应该测试一颗二极管故障开路时, 产生的异常(包括TO-220 里的两颗二极管)。
理由:品质提升
小公司一般都不会做这个动作的,一款优秀的产品是要经得起任何考验的。
11. 电路设计,如果PCB空间充裕,请设计成通杀所有安规标准。
理由:减少PCB修改次数。
如果你某一产品是符合UL60335标准,哪天客户希望满足UL1310,这时你又得改PCB Layout拿去安规报备了,如果你画的板符合各类标准,后面的工作会轻松很多。
12. 电路设计,关于ESD请设计成接触±8KV/空气±15KV标准。
理由:减少后续整改次数。
像飞利浦这样的客户都要求ESD非常严的,听说富士康的还需要达到±20KV,哪天有这种客户要求,你又得忙一段时间了。
13. 电路设计,设计变压器时,VCC电压在轻载电压要大于IC的欠压关断电压值。
判断空载VCC电压需大于芯片关断电压的5V左右,同时确认满载时不能大于芯片过压保护值
14. 电路设计,设计共用变压器需考虑到使用最大输出电压时的VCC电压,低温时VCC有稍微NOSIE会碰触OVP动作。
如果你的产品9V-15V是共用一个变压器,请确认VCC电压,和功率管耐压
15. 电路调试,Rcs与Ccs值不能过大,否则会造成VDS超过最大耐压炸机。
LEB前沿消隐时间设短了,比尖峰脉冲的时间还短,那就没有效果了还是会误判;如果设长了,真正的过流来了起不到保护的作用。
Rcs与Ccs的RC值不可超过1NS的Delay,否则输出短路时,Vds会比满载时还高,超过MOSFET最大耐压就可能造成炸机。
经验值1nS的Delay约等于1K对100PF,也等于100R对102PF
16. 画小板时,在小板引脚的90度拐角处增加一个圆形钻孔。
理由:方便组装
如图:
实物如图:
实际组装如图:
这样做可以使小板与PCB大板之间紧密贴合,不会有浮高现象
17.电路设计,肖特基的散热片可以接到输出正极线路,这样铁封的肖特基就不用绝缘垫和绝缘粒
18. 电路调试,15W以上功率的RCD吸收不要用1N4007,因为1N4007速度慢300uS,压降也大1.3V,老化过程中温度很高,容易失效造成炸机
19. 电路调试,输出滤波电容的耐压致少需符合1.2倍余量,避勉量产有损坏现象。
之前是犯了这个很低级的错误,14.5V输出用16V耐压电容,量产有1%的电容失效不良。
20. 电路设计,大电容或其它电容做成卧式时,底部如有跳线需放在负极电位,这样跳线可以不用穿套管。
这个可以节省成本。
未完待续......
转自:电源研发精英圈
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肖特基二极管和快恢复二极管到底区别在哪?
快恢复二极管从名称上很好理解,肖特基二极管是以人名命名,由于制造工艺完全不同,是肖特基博士的一个创新。
肖特基二极管是以其发明人肖特基博士(Schottky)命名的,SBD是肖特基势垒二极管(SchottkyBarrierDiode,缩写成SBD)的简称。SBD不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的,而是利用金属与半导体接触形成的金属-半导体结原理制作的。因此,SBD也称为金属-半导体(接触)二极管或表面势垒二极管,它是一种热载流子二极管。
肖特基二极管和快恢复二极管在物理结构上是不一样的。肖特基二极管的阳极是金属,阴极是N型半导体;快恢复二极管基本结构仍然是普通的PIN二极管,即阴阳极分别为N和P型半导体。物理结构决定了两者的电特性。
1. 肖特基二极管耐压较低,通常在200V以下,同等耐压,相同电流下,肖特基二极管的正向压降低于快恢复二极管。
2. 肖特基二极管载流子只有电子,理论上没有反向恢复时间,而快恢复二极管本质上和PIN二极管一样,是少子器件的反向恢复时间通常在几十到几百ns。
3. 额定反向耐压下,快恢复二极管的反向漏电流较小,通常在几uA到几十uA;肖特基二极管的反向漏电流则通常达到几百uA到几十mA,且随温度升高急剧增大。
二极管反向恢复时间到底怎样形成?
反向恢复时间基本的定义是:二极管从导通状态转换成关断状态所需的时间。
从定义可以看出,二极管导通状态下突然施加一个反偏电压,它不能马上截止需要一个过度时间,也就是反向恢复时间。
通常在开关电源连续模式反向恢复过程中,二极管流过较大的反向电流同时承受了较大的反向电压,因此造成了很大的反向恢复损耗,所以一般选反向恢复时间越短的越好,在电压应力较低的情况下肖特基是首选。
在CCM PFC中,为了降低这个损耗,通常的超快恢复二极管(标称反向恢复时间十几到几十ns)仍然差强人意,需要用到SiC二极管。常用的SiC二极管通常是肖特基结构,反向恢复时间远低于PIN二极管。
产生反向恢复过程的原因——电荷存储效应
产生上述现象的原因是由于二极管外加正向电压VF时,载流子不断扩散而存储的结果。当外加正向电压时P区空穴向N区扩散,N区电子向P区扩散,这样,不仅使势垒区(耗尽区)变窄,而且使载流子有相当数量的存储,在P区内存储了电子,而在N区内存储了空穴 ,它们都是非平衡少数载流于,如下图所示。
空穴由P区扩散到N区后,并不是立即与N区中的电子复合而消失,而是在一定的路程LP(扩散长度)内,一方面继续扩散,一方面与电子复合消失,这样就会在LP范围内存储一定数量的空穴,并建立起一定空穴浓度分布,靠近结边缘的浓度最大,离结越远,浓度越小 。正向电流越大,存储的空穴数目越多,浓度分布的梯度也越大。电子扩散到P区的情况也类似,下图为二极管中存储电荷的分布。
我们把正向导通时,非平衡少数载流子积累的现象叫做电荷存储效应。
当输入电压突然由+VF变为-VR时P区存储的电子和N区存储的空穴不会马上消失,但它们将通过下列两个途径逐渐减少:
① 在反向电场作用下,P区电子被拉回N区,N区空穴被拉回P区,形成反向漂移电流IR,如下图所示;
②与多数载流子复合。
在这些存储电荷消失之前,PN结仍处于正向偏置,即势垒区仍然很窄,PN结的电阻仍很小,与RL相比可以忽略,所以此时反向电流IR=(VR+VD)/RL。VD表示PN结两端的正向压降,一般 VR>>VD,即 IR=VR/RL。在这段期间,IR基本上保持不变,主要由VR和RL所决定。经过时间ts后P区和N区所存储的电荷已显著减小,势垒区逐渐变宽,反向电流IR逐渐减小到正常反向饱和电流的数值,经过时间tt,二极管转为截止。
由上可知,二极管在开关转换过程中出现的反向恢复过程,实质上由于电荷存储效应引起的,反向恢复时间就是存储电荷消失所需要的时间。
二极管和一般开关的不同在于,“开”与“关”由所加电压的极性决定, 而且“开”态有微小的压降V f,“关”态有微小的电流i0。当电压由正向变为反向时, 电流并不立刻成为(- i0) , 而是在一段时间ts内, 反向电流始终很大, 二极管并不关断。经过ts后, 反向电流才逐渐变小, 再经过tf时间, 二极管的电流才成为(- i0) , ts称为储存时间, tf称为下降时间。tr= ts+ tf称为反向恢复时间, 以上过程称为反向恢复过程。这实际上是由电荷存储效应引起的, 反向恢复时间就是存储电荷耗尽所需要的时间。该过程使二极管不能在快速连续脉冲下当做开关使用。如果反向脉冲的持续时间比tr短, 则二极管在正、反向都可导通, 起不到开关作用。
来源:张飞实战电子
引言
续流二极管都是并联在线圈的两端,线圈在通过电流时,会在其两端产生感应电动势。当电流消失时,其感应电动势会对电路中的原件产生反向电压。当反向电压高于原件的反向击穿电压时,会把原件如三极管,等造成损坏。续流二极管并联在线两端,当流过线圈中的电流消失时,线圈产生的感应电动势通过二极管和线圈构成的回路做功而消耗掉。丛而保护了电路中的其它原件的安全。
在电路中反向并联在继电器或电感线圈的两端,当电感线圈断电时其两端的电动势并不立即消失,此时残余电动势通过一个二极管释放,起这种作用的二极管叫续流二极管。其实还是个二极管只不过它在这起续流作用而以,例如在继电器线圈两端反向接的那个二极管或单向可控硅两端反向接的也都是为什么要反向接个二极管呢?
因为继电器的线圈是一个很大的电感,它能以磁场的形式储存电能,所以当他吸合的时候存储大量的磁场当控制继电器的三极管由导通变为截至时线圈断电但是线圈里有磁场这时将产生反向电动势电压可高达1000V以上很容易击穿推动三极管或其他电路元件,这是由于二极管的接入正好和反向电动势方向一致把反向电势通过续流二极管以电流的形式中和掉从而保护了其他电路元器件,因此它一般是开关速度比较快的二极管,象可控硅电路一样因可控硅一般当成一个触点开关来用,如果控制的是大电感负载一样会产生高压反电动势原理和继电器一样的。在显示器上也用到一般用在消磁继电器的线圈上。
经常和储能元件一起使用,防止电压电流突变,提供通路。电感可以经过它给负载提供持续的电流,以免负载电流突变,起到平滑电流的作用!在开关电源中,就能见到一个由二极管和电阻串连起来构成的的续流电路。这个电路与变压器原边并联。当开关管关断时,续流电路可以释放掉变压器线圈中储存的能量,防止感应电压过高,击穿开关管。
一般选择快速恢复二极管或者肖特基二极管就可以了,用来把线圈产生的反向电势释放掉!
在图3中KR在VT导通时,上面电压为上正下负,电流方向由上向下。在VT关断时会,KR中电流突然中断,会产生感应电势,其方向是力图保持电流不变,即总想保持KR电流方向为由下至下。这个感应电势与电源电压迭加后加在VT两端,容易使VT出穿。为此加上VD,将KR产生的感应电势短路掉,电注是你所说的“顺时针方向在二极管和继电器所的小回路里面流动”,从而保护VT。图2中的R、C也是利用C上电压不能突变的原理,来吸收感应电势。可见“续流二极管”并不是一个实质的元件,它只不过在电路中起到的作用称做“续流”。
续流二极管在正激开关电源的作用?
在正激开关电源中,当MOS关断的时候,变压器副边靠电感中储存的能量对外提供电流。
为使电感在有负载时发挥这种作用,在变压器的副边增加续流二极管。当MOS关断时,电感,负载和续流二极管会产生通路,将电感中的能量对外传递。
只有在有外负载的情况下,续流二极管中采用电流流过
变流技术中,续流二极管在电路里起什么作用?
在电子变流电路中,整流部分单相桥式整流是实际应用最多的单相整流电路。而三相桥式整流是电力系统特别是发电机励磁系统应用最多的方式。这两种电路都要接入续流二极管。其作用大致是一样的,以单相桥式电路为例说明:当可控整流桥接入感性负载时,由于电感电流不能突变,在可控硅关断期内,必须在负载两端接入续流二极管以保持电感电流的通路,以防止可控硅关断时在电感负载两端产生危险的过电压和可控硅能够换相导通。
然而发电机励磁系统应用较多的三相桥式整流电路有三相半控桥与三相全控桥电路之分。因此为了保证整流元件可靠换流,半控桥需要在感性负载两端并联续流二极管,而全控桥不需要这样做。当导通角改变时,半控桥的平均电压和线电流的变化较全控桥慢。
在现如今使用较多的如变频器等设备中包含有整流和逆变等变流电路,其中用到的续流二极管,一般都是在变频器内部的直流母线上加续流二极管,那是因为如果负载是电感元件时当母线上大容量的逆变器发生故障时,直流母线上会产生巨大的反向浪涌能量,此时,我们需要给这些能量提供一个泻放通道,否则巨大的能量将击穿或烧毁小逆变器. 而这个通道就需要二极管来构成,故应为续流二极管.
单向半波可控整流电路带大电感负载时,为什么必须加续流二极管?
单向半波可控整流带大电感负载,在负半周可控硅截止时,电感负载会产生很高的反向感应电动势,此反向电动势足以使可控硅击穿烧毁,加续流二极管后可使反向电动势泄放为二极管的正向压降(约0.7v),从而有效保护可控硅
续流二极管二极管的供应商通常是指反向并联在电感线圈,继电器继电器的供应商,可控硅可控硅的供应商等储能元件两端,在 电路中电压或电流出现突变时,对电路中其它元件起保护作用的二极管.续流二极管由于在电路中起到续流的作用而得名,一般选择快速恢复二极管或者肖特基二极管来作为续流二极管。
续流二极管的简介
以电感线圈为例,当线圈中有电流通过时,其两端会有感应电动势产生。当电流消失时,其感应电动势会对电路中的元件产生反向电压。当反向电压高于元件的反向击穿电压时,会把元件如三极管等烧坏。如果在线圈两端反向并联一个二极管(有时候会串接一个电阻),当流过线圈中的电流消失时,线圈产生的感应电动势就会通过二极管和线圈构成的回路消耗掉,从而保证电路中的其它元件的安全。
对于继电器而言,由于继电器的线圈是一个很大的电感,它能以磁场的形式储存电能,所以当它吸合的时候会存储大量的磁场。当控制继电器的三极管由导通变为截至时,线圈就会断电,但此时线圈里磁场并未立即消失,该磁场将产生反向电动势,其电压可高达 1000v,这样的高压很容易击穿如三极管或其它电路元件。如果我们在继电器两端反向并联一个二极管(对于继电器,通常会在续流二极管上串接一个电阻以防止回路电流过高),由于该二极管的接入正好和反向电动势方向一致,这样就可以把反向电动势以电流的形式消耗掉,从而达到保护其它电路元器件的目的。
对于可控硅电路,由于可控硅一般当成一个触点开关开关 的供应商来用,如果控制的是大电感负载,一样会产生高压反电动势,其原理和继电器一样。在显示器上同样也会用到续流二极管,一般是用在消磁继电器的线圈上。
续流二极管的工作原理
上图给出了续流二极管的典型应用电路,其中电阻R视情况决定是否需要。储能元件在VT导通时,电压为上正下负,电流方向从上向下。当VT关断时,储能元件中的电流突然中断,此时会产生感应电势,其方向是力图保持电流不变,即总想保持储能元件电流方向从上向下。这个感应电势与电源电源 的供应商电压迭加后加在VT两端,容易使VT击穿,为此可以加上VD,这样就可以将储能元件产生的感应电势短路掉,从而达到保护VT的目的。
续流二极管的作用
续流二极管通常和储能元件一起使用,其作用是防止电路中电压电流的突变,为反向电动势提供耗电通路。电感线圈可以经过它给负载提供持续的电流,以免负载电流突变,起到平滑电流的作用!在开关电源开关电源 的供应商中,就能见到一个由二极管和电阻串连起来构成的的续流电路。这个电路与变压器原边并联。
当开关管关断时,续流电路可以释放掉变压器线圈中储存的能量,防止感应电压过高,击穿开关管。
续流二极管的选型
一般选择快速恢复二极管或者肖特基二极管
续流二极管的注意事项
续流二极管通常应用在开关电源、继电器电路、可控硅电路、IGBTIGBT 的供应商等电路中,其应用非常广泛。在使用时应注意一下几点:
(1) 续流二极管是防止直流线圈断电时,产生自感电势形成的高电压对相关元器件造成损害的有效手段!
(2) 续流二极管的极性不能接错,否则将造成短路事故;
(3) 续流二极管对直流电压总是反接的,即二极管的负极接直流电的正极端;
(4) 续流二极管是工作在正向导通状态,并非击穿状态或高速开关状
来源:电源研发精英圈
随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新。目前,开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
现代开关电源有两种:一种是直流开关电源;另一种是交流开关电源。开关电源大致由主电路、 控制电路、检测电路、辅助电源四大部份组成。
1、主电路
冲击电流限幅:限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流。
输入滤波器:其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍本机产生的杂波反馈回电网。
整流与滤波:将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。
逆变:将整流后的直流电变为高频交流电,这是高频开关电源的核心部分。
输出整流与滤波:根据负载需要,提供稳定可靠的直流电源。
2、控制电路
一方面从输出端取样,与设定值进行比较,然后去控制逆变器,改变其脉宽或脉频,使输出稳定,另一方面,根据测试电路提供的数据,经保护电路鉴别,提供控制电路对电源进行各种保护措施。
3、检测电路
提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。
4、辅助电源
实现电源的软件(远程)启动,为保护电路和控制电路(PWM等芯片)工作供电。
开关电源经典16问。
1、开关电源变压器如果用铜带取代漆包线,其允许通过的电流怎么算?比如说厚度为0.1mm的铜带,允许通过的电流怎么算?
专家解答:如果开关电源变压器用铜带取代漆包线,铜带(漆包线)的涡流损耗可以大大将小,工作频率可以相应提高,但直流损耗几乎不变,铜带允许通过的电流密度一般还是不要超过4.5A/平方毫米。电流密度等于电流除与以导体的截面积,导体的截面积等于厚(0.1mm)乘以宽(铜带的宽度)。
2、电源开关交流回路和整流器的交流回路是最容易产生电磁干扰的吗?
专家解答:开关电源产生电磁干扰最严重的地方是开关变压器的初、次级线圈组成的电路,但它的干扰会通过感应对其它电路产生辐射和传导干扰,传导干扰和辐射干扰最严重的地方是电源线,因为电源线很容易成为辐射源的半波振子天线,另外它又与外线路进行连接,很容易把干扰信号传输给其它设备。所以在开关电源的输入端一定要对电源线进行有效隔离。
3、降低变压器的温升有什么具体方法?
专家解答:降低变压温升的方法一个是降低变压器磁芯的最大磁通增量(Bm)的取值,因为变压器磁芯的损耗(磁滞损耗和涡流损耗)与磁通密度的平方成正比;另一个是降低开关电源的工作频率,因为变压器磁芯的损耗(磁滞损耗和涡流损耗)与工作频率成正比;再一个是降低线圈的损耗,线圈的损耗(主要是涡流损耗),线圈的涡流损耗与集肤效应损耗也与工作频率成正比,降低线圈的直流损耗必须降低导线的电流密度,一般漆包线的电流密度不能超过4.5A/平方毫米。
4、反激式开关电源的占空比是如何变化的?
专家解答:反激式开关电源的占空比主要由输入电压和开关电源管的耐压来决定,当输入电压变化时占空比也要跟着变化。例如当输入电压为AC260V时,如果电源开关管的耐压为650V,则占空比大为0.306;当输入电压为AC170V时,占空比大约为0.5;当输入电压低于AC170V时,占空比大于0.5。但不管输入电压这样变化,开关电源都会通过改变占空比来大到稳定(或改变)输出电压的数值。
5、正激和反激的区别主要在哪?
专家解答:正激式开关电源是电源开关管导通的时候,电源向负责提供功率输出,而关断的时候没有功率输出。反激式开关电源正好相反,电源开关管导通时只向变压器存储能量,没有给负载提供功率输出,仅在电源开关管关断时才向负载提供输出。正激式开关电源输出电压是取整流输出电压的平均值,反激式开关电源输出电压是取整流输出电压的半波平均值,两种电压输出的相位正好相反。
6、能具体讲讲环路设计吗?
专家解答:反馈环路的增益,既不是越大越好,也不是越小越好。当反馈环路的增益过高时,输出电压会围绕着平均值来回跟踪,输出电压上下波动很厉害,增益越高,波动的幅度就越大,严重时会出现振荡;当反馈环路的增益过低时,输出电压又会不稳定,因为电压跟踪不到位,会存在一个滞后误差。
为了使输出电压稳定,但又不发生振荡,一般都把反馈环路分成三个回路来组成,一个回路用来决定微分增益的大小,另一个回路用来决定积分增益的大小,还有一个是决定直流增益的大小。这样做的目的是,在误差信号很小的时候,环路增益很大,而在误差小号很大的时候环路增益又会变小,即误差放大器的增益是动态的。仔细调节这三个反馈环路的增益,就可以实现开关电源既稳定,又不出现振荡。
7、反激电源开关MOS如何降到最低?特别是在硬开关条件下。
专家解答:降低占空比,但占空比太低,电源的工作效率大大降低,电压调整范围也会减小。
8、铜箔损耗占电源损耗比例约为多少?
专家解答:非常小,如果铜箔损耗大,铜箔的温升会很高,如果超过80度,铜箔的油漆会发黄。但也只相当于一个1~3瓦左右的金属膜电阻在同样温升时的损耗。
9、驱动波形大小波问题是什么原因引起的?有款电源,在低压AC85-120V的时候输出驱动都很正常,当电压变为120-150V的时候,驱动出现大小波,输出电流明显下降。当电压再次提升到150V-265V的时候,驱动波形的频率完全不对头了,输出也不对了。
专家解答:如果你的驱动电路采用电容或变压器输出,会出现这种情况,因为电容或变压器传输波形(信号时),信号中不能含有直流分量,如果含有直流分量,输出波形将出现严重失真,只有驱动电路的输出波形,其占空比为0.5时,输出波形才不会产生失真,而占空比过大或过小,都会出现失真。
10、关于整流桥的选择,不同的功率选怎么样的整流桥?另外,30W的电源,用了3A700V的整流桥,发现整流桥很烫,没几分钟温度就大约有60多度了。这个引起整流桥发烫的原因有哪些?
专家解答:整流二极管的选择主要是根据流过整流二极管的电流大小和耐压还有工作频率这三个参数来决定,进行电路参数设计时,流过整流二极管的电流一般只能取标称值(25℃时)的三分之一,因为流过整流二极管的工作温度可能会上升到80℃以上。如果整流二极管的导通和关断速度很低,它在电压反向的情况下还会导通一段时间,即反向电流非常大,这样整流二极管也会发热。你的整流桥发热可能属于后一种情况。
11、反馈环路设计以及补偿如何入手?
专家解答:反馈环路的增益,既不是越大越好,也不是越小越好。当反馈环路的增益过高时,输出电压会围绕着平均值上下波动,增益越高,波动的幅度就越大,严重时会出现振荡;当反馈环路的增益过低时,输出电压又会不稳定。为了使输出电压稳定,但又不发生振荡,一般都把反馈环路分成三个回路来组成,一个回路用来决定微分增益的大小,另一个回路用来决定积分增益的大小,还有一个是决定直流增益的大小。仔细调节这三个反馈环路的增益,就可以实现开关电源既稳定,又不出现振荡。
12、DC TO DC效率低怎样解决?
专家解答:把工作频率降低,或把电源开关管换成一个高速开关管,另外还可以把变压器的体积加大,把最大磁通密度(Bm)的取值降低,即把开关变压器初级线圈的匝数增加,因为开关变压器的磁滞损耗和涡流损耗与工作频率成正比,与最大磁通密度增量的平方成正比。
13、如何计算最小直流电压的?
专家解答:这里我不太明白你说的“最小直流电压”是指哪方面?如果是开关电源的最小输入直流电压,一般可根据最低输入交流电压换算得来,比如,最低输入交流电压为AC100V(有效值),则换算为最低直流输入电压大约为120V(取平均值),因为整流滤波后最大值为140V,最低值为100V,取平均值就是120V。
如果最小直流电压为晶体管自激式开关电源的正反馈电压,则此电压最好选为晶管导通时工作电压的2倍,而留1倍作为可调整的余量用。如果最小直流电压为场效应管驱动电路的最小工作电压,则此工作电压最低不能小于16V,因为,大功率场效应管深度饱和需要的驱动电压都在12V以上(最好为20V)。
14、反激式变压器电源输出侧有毛刺,且毛刺的频率和原边开关频率一样,怎么消除毛刺呢?
专家解答:在次级整流与滤波电容之间串了一个小电感,但电感流过直流时不能饱和,这种电感的磁回路不能用封闭式的,必须要留有很大的气隙。
15、反激式电源开关频率如何优化选择? VOR反激电压如何优化设置,在什么情况下最合适?匝比如何 最优化计算?
专家解答:反激式开关电源工作频率的选择主要与开关电源的工作效率和体积大小有关,而开关电源的工作效率又主要与开关电源管、开关变压器的损耗(磁滞损耗和涡流损耗)有关,这两者的损耗均与频率成正比。开关电源管的损耗主要由开通损耗(导通时间损耗)和关断损耗(关断时间损耗)组成,开关电源管的导通时间和关断时间越长,这两个损耗就越大。
一般大功率开关电源管的导通时间和关断时间都比小功率开关电源管的导通时间和关断时间长很多,所以大功率开关电源的工作频率一般都取得比较低。在考虑开关电源的工作效率时,如果从开关电源的体积和成本等方面考虑,最好选工作效率为80%左右较为合适,此时,开关电源管的损耗大约占总损耗的50%,开关变压器的损耗大约占总损耗的30%,其余电路的损耗大约占总损耗的20%。开关变压器的匝数比与输入输出电压的比值有关,与开关电源的占空比有关。
16、初期峰值电流IP 和反激电压VOR 以及最优化的反激电源占空比如何设定?
专家解答:反激式开关电源的初、次级线圈产生的反激电压的大小均与开关电源的占空比有关,以及与输入电压有关,在选择开关电源的占空比时,必须考虑,初、级线圈产生的反激电压峰值与工作电压(输入电压)之和不能超过电源开关管耐压Bvmax的0.7倍,根据此条件(Bvmax)就可以计算反激式开关电源在最高输入电压时的最大占空比Dmax。例如,Bvmax为650V的电源开关管,在输入电压为AC260V时,其占空比只能选为0.306左右。
来源:网络、电源Fan
开关稳压电源非常关键的一个指标就是纹波,它主要是由开关变换的方式导致的,也因纹波的存在会影响到后续电路的工作,尤其是在对纹波比较敏感的场合下。如何正确测量开关电源纹波?如何有效抑制开关电源的纹波以达到供电电路的要求?这些都是PCB设计工程师需要掌握的重要技能。
开关电源纹波的测量
要有效降低开关电源输出纹波我们首先得有个比较靠谱的测试方法,不能是由于测试方法的问题而导致的假波形是整改不好的
基本要求:使用示波器AC 耦合,20MHz 带宽限制,拔掉探头的地线
1,AC 耦合是去掉叠加的直流电压,得到准确的波形。
2,打开20MHz 带宽限制是防止高频噪声的干扰,防止测出错误的结果。因为高频成分幅值较大,测量的时候应除去。
3,拔掉示波器探头的接地夹,使用接地环测量,是为了减少干扰。很多部门没有接地环,如果误差允许也直接用探头的接地夹测量。但在判断是否合格时要考虑这个因素。
还有一点是要使用50Ω 终端。横河示波器的资料上介绍说,50Ω 模块是除去DC 成分,精确测量AC 成分。但是很少有示波器配这种专门的探头,大多数情况是使用标配100KΩ 到10MΩ 的探头测量,影响暂时不清楚。
上面是测量开关纹波时基本的注意事项。如果示波器探头不是直接接触输出点,应该用双绞线,或者50Ω 同轴电缆方式测量。
在测量高频噪声时,使用示波器的全通带,一般为几百兆到GHz 级别。其他与上述相同。
可能不同的公司有不同的测试方法。归根到底第一要清楚自己的测试结果。第二要得到客户认可。
关于示波器:
有些数字示波器因为干扰和存储深度的原因,无法正确的测量出纹波。这时应更换示波器。这方面有时候虽然老的模拟示波器带宽只有几十兆,但表现要比数字示波器好。
开关电源纹波的抑制
对于开关纹波,理论上和实际上都是一定存在的。通常抑制或减少它的做法有五种:
1. 加大电感和输出电容滤波
根据开关电源的公式,电感内电流波动大小和电感值成反比,输出纹波和输出电容值成反比。所以加大电感值和输出电容值可以减小纹波。
上图是开关电源电感L内的电流波形,其纹波电流△I可由下式算出:
可以看出,增加L值,或者提高开关频率可以减小电感内的电流波动。
同样,输出纹波与输出电容的关系:vripple=Imax/(Co×f)。可以看出,加大输出电容值可以减小纹波。
通常的做法,对于输出电容,使用铝电解电容以达到大容量的目的。但是电解电容在抑制高频噪声方面效果不是很好,而且ESR 也比较大,所以会在它旁边并联一个陶瓷电容,来弥补铝电解电容的不足。
同时,开关电源工作时,输入端的电压Vin 不变,但是电流是随开关变化的。这时输入电源不会很好地提供电流,通常在靠近电流输入端(以BucK 型为例,是SWITcH 附近),并联电容来提供电流。
上面这种做法对减小纹波的作用是有限的。因为体积限制,电感不会做的很大;输出电容增加到一定程度,对减小纹波就没有明显的效果了;增加开关频率,又会增加开关损失。所以在要求比较严格时,这种方法并不是很好。关于开关电源的原理等,可以参考各类开关电源设计手册。
应用该对策后,BUCK型开关电源如下图所示:
上面这种做法对减小纹波的作用是有限的。因为体积限制,电感不会做的很大;输出电容增加到一定程度,对减小纹波就没有明显的效果了;增加开关频率,又会增加开关损失。所以在要求比较严格时,这种方法并不是很好。
关于开关电源的原理等,可以参考各类开关电源设计手册。
1. 二级滤波,就是再加一级LC 滤波器
LC 滤波器对噪纹波的抑制作用比较明显,根据要除去的纹波频率选择合适的电感电容构成滤波电路,一般能够很好的减小纹波。
但是,这种情况下需要考虑反馈比较电压的采样点。(如下图所示)
采样点选在LC 滤波器之前(Pa),输出电压会降低。因为任何电感都有一个直流电阻,当有电流输出时,在电感上会有压降产生,导致电源的输出电压降低。而且这个压降是随输出电流变化的。
采样点选在LC 滤波器之后(Pb),这样输出电压就是我们所希望得到的电压。但是这样在电源系统内部引入了一个电感和一个电容,有可能会导致系统不稳定。关于系统稳定,很多资料有介绍,这里不详细写了。
3. 开关电源输出之后,接LDO 滤波
这是减少纹波和噪声最有效的办法,输出电压恒定,不需要改变原有的反馈系统,但也是成本最高,功耗最高的办法。
任何一款LDO 都有一项指标:噪音抑制比。是一条频率-dB 曲线,如右图是凌特公司LT3024 的曲线。
经过LDO之后,开关纹波一般在10mV以下。
下图是LDO前后的纹波对比:
对比曲线上图的曲线和左图的波形,可以看出对几百KHz的开关纹波,LDO的抑制效果非常好。但在高频范围内,该LDO的效果就不那么理想了。
对减小纹波。开关电源的PCB 布线也非常关键,这是个很赫手的问题。有专门的开关电源PCB 工程师,对于高频噪声,由于频率高幅值较大,后级滤波虽然有一定作用,但效果不明显。这方面有专门的研究,简单的做法是在二极管上并电容C 或RC,或串联电感。
对于高频噪声,由于频率高幅值较大,后级滤波虽然有一定作用,但效果不明显。这方面有专门的研究,简单的做法是在二极管上并电容C或RC,或串联电感。
4. 在二极管上并电容C 或RC
二极管高速导通截止时,要考虑寄生参数。在二极管反向恢复期间,等效电感和等效电容成为一个RC 振荡器,产生高频振荡。为了抑制这种高频振荡,需在二极管两端并联电容C或RC 缓冲网络。电阻一般取10Ω-100Ω,电容取4.7pF-2.2nF。
在二极管上并联的电容C 或者RC,其取值要经过反复试验才能确定。如果选用不当,反而会造成更严重的振荡。
对高频噪声要求严格的话,可以采用软开关技术。关于软开关,有很多书专门介绍。
5. 二极管后接电感(EMI 滤波)
这也是常用的抑制高频噪声的方法。针对产生噪声的频率,选择合适的电感元件,同样能够有效地抑制噪声。需要注意的是,电感的额定电流要满足实际的要求。
小结
以上是关于开关电源纹波,总结的一些内容,如果能加些波形就更好了。虽然可能不太全,但对一般的应用已经足够了。关于噪声抑制,实际中并不一定全部应用,重要的是根据自己的设计要求,比如产品体积,成本,开发周期等,选择合适的方法。
转自:电源研发精英圈