12v3a开关电源研发范例

1/20目的教.设计步骤:绘线路图、PCBLayout.变压器计算.零件选用.设计验证.线路图、PCBLayout请参考资识库中说明.变压器计算:变压器是整个电源供给器的重要核心，所以变压器的计算及验证是很重要的，以下即就DA-14B33变压器做介绍.:依据变压器计算公式B(max) LpxIpx100GaussNpxAeB(max) = 铁心饱合的磁通密度(Gauss)Lp=一次侧电感值(uH)Ip=一次侧峰值电流(A)Np=一次侧(主线圈)圈数Ae=B(max)依铁心的材质及本身的温度来打算以EC28 PC40为例，100℃时的B(max)为3900Gauss，设计时应考虑零件误差，所以一3000~3500Gausspower为Adapter(有外壳)3000Gauss左右，以避开铁心因高温而饱合，一般而言铁心的尺寸越大，Ae越高，所以可以做较大瓦数的Power。打算一次侧滤波电容:o滤波电容的打算，可以打算电容器上的Vin(min)，滤波电容越大，Power，但相对价格亦较高。在一样的价格下可以尽量选用大容量的电容。一般选择电容为2P。o打算变压器线径及线数:BobbinBobbin的槽宽，可打算变压器的线径及线数，亦可计算出线径的电流密度，电流密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，最终应以温升记录为准。打算Dutycycle(工作周期):由以下公式可打算DutycycleDutycycle的设计一般以50Dutycycle50%易导致振荡的发生。Ns(VoV

)(1D)DNp Vin(min)D=N 二次侧圈数=S=N 一次侧圈数=PVo=输出电压=V 二极管顺向电压=DVin(min)=滤波电容上的谷点电压D=工作周期(Dutycycle)打算Ip值:1IpIav 1

Iav

IVin(min)P2Ip=一次侧峰值电流

Vin(min)D

Lp fIav=一次侧平均电流Pout=输出瓦数效率fPWM震荡频率打算关心电源的圈数:依据变压器的圈比关系，可打算关心电源的圈数及电压。打算MOSFET及二次侧二极管的Stress(应力):(Stress)是否264V(电容器上为380V)为基准。其它:5V以下，且必需使用TL431TL432时，须考虑多一组绕组供给Photocoupler及TL431使用。将所得资料代入B(max)LpxIpx100Gauss公式中，如此可得出B(max)，NpxAe假设B(max)值太高或太低则参数必需重调整。DA-14B33变压器计算:MarginTape2.8mm(每边)，剩余可绕面积=4.4mm.fT=45KHzUh计算式: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MarginTape2.8mm4.4mm.90V。:Iin Pout 13.2

0.42AVin(min)cos 900.70.5假设NP

0.32ψ的线电流密度= 0.423.140.322

0.42 1.286A3.140.10242 2 可绕圈数=剩余可绕面积 4.4

12.57圈线径 0.320.03假设Secondary0.35ψ的线电流密度= 43.140.352

4 44.07A3.140.0289 2 4P，则电流密度44.0711.02A4可绕圈数

4.4

11.57圈0.350.03打算Dutycycle:假设Np=44T，Ns=2T，V=0.5(使用schottkyDiode)Ns

D DNp Vin(min)D2 3.3051D D48.2%44 90D打算Ip值:1IpIav I12Iav

Pout 13.2

0.435AVin(min)D 900.70.482IVin(min)D 90 0.482

0.603ALp f 1600u 45K0.603Ip0.4352

0.737A打算关心电源的圈数:假设关心电源=12VNs

3.8

2 3.8

N =6.3圈N 12A1

N 12 A1A10.23ψ的线可绕圈数= 4.4 圈(0.230.02)A1假设N =6Tx2P，则关心电源=11.4VA1打算MOSFET及二次侧二极管的Stress(应力):2=463.6V

Ns D238044=20.57VDiode(D4)=输出电压(N )A2

Nsx最高输入电压(380V)NpNs最高输入电压(380V)Np其它:

4380=41.4V443.3V，而TL431的Vref2.5V，假设再加上photocoupler1.2V，将使得输出电压无法AT36—12V3A设计流程简介推动Photocoupler及TL431，所以必需另外增加一组线圈供给回授路径所需的电压。A2假设N =4T使用0.35ψ线，则A2可绕圈数

4.4

11.58T，所以可将NA24Tx2P0.350.03Ns 3.8 23.8 V

N V 4 V A2A2 A2 A2B(max)LpIp100NpAe变压器的接线图:0.32Φx1Px22T

16000.737(Gauss) 1003116.3Gauss440.860.35Φx4Px2T0.32Φx1Px22T0.35Φx2Px4T零件选用:零件位置(标注)请参考线路图:(DA-14B33Schematic)FS1〔熔断器：由变压器计算得到Iin值，以此Iin值(0.42A)可知使用公司共享料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。0.23Φx2Px6TTR1(热敏电阻):6/2010/20电源启动的瞬间，由于C1(一次侧滤波电容)短路，导致Iin电流很大，Power前加装一个热敏电阻，以限制开机瞬间Iin在Spec之内(115V/30A，230V/60A)(否则会影响效率)，一般使用SCK053(3A/5Ω)，假设C1电容使用较大的值，则必需考虑将热敏电阻的阻值变大(一般使用在大瓦数的Power上)。VDR1(突波吸取器，也叫压敏):当雷极发生时，可能会损坏零件，进而影响Power的正常动作，所以AC(Fuse之后)，加上突波吸取器来保护Power(一般07D471K)，但假设有价格上的考虑，可先无视不装。CY1，CY2(Y-Cap):Y-Cap一般可分为Y1及Y2电容，假设ACInput有FG(3Pin)一般使用Y2-Cap，ACInput2Pin(只有L，N)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FG所以使用会影响EMI特性，一般而言越大越好，但须考虑漏电及价格问题，漏电(Leakage(3Pin750uAmax)。CX1(X-Cap)、RX1:X-Cap为防制EMI零件，EMI可分为Conduction及Radiation两局部，Conduction标准一般可分为:FCCPart15JClassB、CISPR22(EN55022)ClassB两种，FCC测试频率在450K~30MHCISPR22150K~30MHz，Conduction可在厂内以频谱验证，Radiation则必需到试验室验证，X-Cap一般对低频段(150K~数M之间)的EMI防制有效，一般而言X-Cap愈大，EMI防制效果愈好(但价格愈高)，假设X-Cap0.22uf以上(0.22uf)，安规规定必需要有泄LF1(CommonChoke):EMI防制零件，主要影响Conduction的中、低频段，设计时必需同时考虑EMI特性及温升，以同样尺寸的CommonChoke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):将AC电源以全波整流的方式转换为DCIin值，1A/600V的整流二极管，由于是全波整流所以耐压只要600V即可。C1(滤波电容):由C1的大小(电容值)可打算变压器计算中的Vin(min)Vin(min)是否200V的电容;假设ACInput90V~264V(180V~264V)，因Vc1380V400V的电容。D2(关心电源二极管):整流二极管，一般常用FR105(1A/600V)或BYT42M(1A/1000V)，两者主要差异:1.耐压不同(在此处使用差异无所谓)2.VF不同(FR105=1.2V，BYT42M=1.4V)R10(关心电源电阻):主要用于调整PWMIC的VCC3843而言，设计时VCC8.4V(Min.Load时VCC电压不行设计的太高，以免当输出短路时不保护(或输入瓦数过大)。C7(滤波电容):关心电源的滤波电容，供给PWMIC较稳定的直流电压，一般使用100uf/25V电容。Z1(Zener二极管):当回授失效时的保护电路，回授失效时输出电压冲高，关心电源电压3843VCC3843Pin3脚之间加一个ZenerDiode，当回授失效时ZenerDiode会的目的.Z1值的大小取决于关心电源的凹凸，Z1的打算亦须考虑是否超过Q1的VGS(一般使用1/2W即可).R2(启动电阻):3843R2对C73843VCC所需的电压，R2阻值较大时，turnon的时间较长，但短Pin瓦数较小，R2阻值较小时，turnonPin220KΩ/2WM.O。.R4(LineCompensation):3843Pin390V/47Hz264V/63Hz接近全都(一750KΩ~1.5MΩ1/4W之间)。R3，C6，D1(Snubber):SnubberSnubber的目的:1.Q1off瞬间会有SpikeSnubberSpikeQ1的耐压值，2.SnubberEMI.一般而言，D11N4007(1A/1000V)EMI特性会较好.R32WM.O.电阻，C6的耐压值以两端实际压差为准(500V的陶质电容)。Q1(N-MOS):目前常使用的为3A/600V及6A/600V两种，6A/600V的R 较DS(ON)3A/600V小所以温升会较低假设I 电流未超过3A应领先以3A/600VDS6A/600V3A/600V许多，Q1的使用亦需考虑V 是否超过额定值。DS3.3.17R8:R8的作用在保护Q1，避开Q1呈现浮接状态。R7(Rs电阻):3843Pin31V，R7的大小须与R42WM.O.电阻，设计时先打算R7后再加上R4补3843Pin30.85V~0.95V之间(1V1V)。R5，C3(RCfilter):滤除3843Pin3R5一般使用1KΩ1/8W，C3一般使用102P/50V的陶质电容，C3假设使用电容值较小者，重载可能不开机(由于3843Pin31V);及短路Pin过大的问题。R9(Q1Gate电阻):(主要是由于turnoff速度较慢);Q1turnon/turnoff的速度较快，Q1温升较低、效率较高，但EMI51Ω-150Ω1/8W。R6，C4(掌握振荡频率):3843的工作频率，可由DataSheet得到R、C组成的工作频率，C410nf的电容(5%)，R6DA-14B33为例，C4103P/50VPE电容，R63.74KΩ1/8W周密电阻，振45KHz。3.3.22C5:功能类似RCfilter，主要功用在于使高压轻载较不易振荡，一般使用101P/50V陶质电容。U1(PWMIC):3843是PWMICPhotoCoupler(U2)回授信号掌握DutyCycle的大小，Pin3脚具有限流的作用(1V)3843中，有KA3843(SAMSUNG)及UC3843BN(S.T.)两种，两者脚位一样，但产生的振荡频率略有差异，UC3843BN较KA38432KHz，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，所以机种设计时，尽量使用UC3843BN。R1、R11、R12、C2(一次侧回路增益掌握):3843内部有一个ErrorC2及ErrorAMP组成一个负回授电路，用来调整回路增益的稳定度，回路增益，C2使用立式积层电容(温度持性较好)。U2(Photocoupler)光耦合器(Photocoupler)(以电流的方式)TL431导通后，U2即会将二次侧的电流依比例转3843由Pin6(output)输出off的信号(Low)来关闭Q1，使用Photocoupler的缘由，是为了符合安规需求(primacytosecondary5.6mm)。R13(二次侧回路增益掌握):Photocoupler的电流，R13Photocoupler荡)，R13阻值较大时，流过Photocoupler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，但需留意输出电压是否正常。3.3.27U3(TL431)、R15、R16、R18 VoVrefxR13//R16R18 //R16KAKA

36VPhotocouplerV

值，则FVo38V以下较安全)，TL431的Vref2.5V，R15及R16并联的R15与R16并联后的值不行太大(2KΩ以下)，以免造成输出不准。FR14，C9(二次侧回路增益掌握):掌握二次侧的回路增益，一般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；Dynamicload来量测，即可取得一个最正确值。D4(整流二极管):使组供给Photocoupler及TL431U2及U3所需的电流不大约10mA左右)，二极管耐压值100V即可，所以只需使用1N4148(0.15A/100V)。C8(滤波电容):由于U2及U31u/50V即可。D5(整流二极管):输出整流二极管，D5的使用需考虑:电流值二极管的耐压值以DA-14B334A10A的二极管(Schottky)应当可D515A的二极管，由于10A的VF较15A的VF 值大。耐压局部40V阅历证后符合，使用15A/40VSchottky。C10，R17(二次侧snubber):D5在截止的瞬间会有spike产生，假设spike超过二极管(D5)的耐压值，snubber可适当的削减spike的电压值，除保护二极管外亦可改善EMI，R171/2W的电阻，C10一般使用耐压500V的陶质电容，snubber调整的过程(264V/63Hz)需留意R17,C10是否会过热，应避开此种状况发生。3.3.33C11，C13(滤波电容):(LXZ，YXA…)，电容选择是否洽当可依以下三点来判定:Ripple电压是符合规格电容温度是否超过额定值电容值两端电压是否超过额定值3.3.34R19(假负载):适当的使用假负载可使线路更稳定，但假负载的阻值不行太小，否则会影响效率，使用时亦须留意是否超过电阻的额定值(一般设计只使用额定瓦数的一半)。3.3.35L3，C12(LC滤波电路):LCL3放大(电感量较大)，如此C12可使用较小的电容值。设计验证:(可分为三局部)设计阶段验证样品制作验证QE验证设计阶段验证设计试验阶段应当养成记录的习惯，记录可以验证明验结果是否与电气规格相符，以下即就DA-14B33设计阶段验证做说明(验证工程视规格而定)。电气规格验证:3843PIN3脚电压(fullload4A):90V/47Hz=0.83V115V/60Hz=0.83V132V/60Hz=0.83V180V/60Hz=0.86V230V/60Hz=0.88V264V/63Hz=0.91VAT36—12V3A设计流程简介DutyCycle,fT:4.1.1.34.1.1.4

f 46.8KHzTton10.15us90V/47Hz T21.35usDutyCycle47.5%Vin(min)=100V(90V/47Hzfullload)Stress(264V/63Hzfullload):Q1MOSFET:D5:D4:15/20

f 46.8KHzTt21.35usDutyCycle15.2%AT36—12V3A设计流程简介关心电源(开机，满载)Pinmax.:90V/47Hz 載11.26V(4A)1.2W(max.)11.26V(4A)8.8W(max.)Static(fullload)Pin(w)Iin(A)Iout(A)Vout(V)P.F.Ripple(mV)Pout(w)eff90V/47Hz18.70.3643.300.573213.2270.7115V/60Hz18.60..3143.300.522813.2271.1132V/60Hz18.60.2843.300.502913.2271.1180V/60Hz18.70.2143.300.493013.2370.7230V/60Hz18.90.1843.300.462913.2269.9264V/60Hz19.20.1643.300.452913.2368.9FullRange负载(0.3A-4A)(验证是否有振荡现象)回授失效(输出轻载)16/20

90V/47Hz =OK115V/60Hz=OK132V/60Hz=OK180V/60Hz=OK230V/60Hz=OK264V/63Hz=OKAT36—12V3A设计流程简介O.C.P.(过