一次电源辅助电源硬件电路设计规范20050601.doc

1、规范编码：硬件电路设计规范版本：V2.0 密级：机密DC GLOBAL 执笔人：朱春辉 页数：共 26 页 辅助电源设计规范2002 年 7 月 30 日 发布 2002 年 7 月 30 日 实施艾默生网络能源有限公司9b62b5b0d4df4d529424c2abced2ad51.pdf 2前言本规范于 2002 年 7 月 30 日首次发布；本规范起草单位：一次电源、研究管理部技术管理处；本规范执笔人： 朱春辉本规范主要起草人：朱春辉 ；本规范标准化审查人：林攀；本规范批准人： 曹升芳 本规范修改记录：2005-06-019b62b5b0d4df4d529424c2abced2ad51.

2、pdf 3更改信息表版本 更改原因 更改说明 更改人 更改时间V2.0 补充部分内容 增加与规格书的联系、增加低温系列芯片等吴连日 2005-06-019b62b5b0d4df4d529424c2abced2ad51.pdf 4目录摘要 .6关键词 .61 来源 .62 适用范围 .63 满足技 术指标 .74 设计原则与要求 .85 实现方案 .85.1 方案(拓扑) 选择 .85.2 反激变换器实现方式 .86 电路设计 .96.1 控制芯片的选择 .96.1.1 控制芯片类型.96.1.2 选择方法.106.2 384X 的外围电路设计 .106.2.1 振荡电路.116.2.2 基准去

3、耦.116.2.4 软启动电路.126.2.5 电源去耦.126.3 启动控制 .126.4 启动电路 .136.4.1 通用设计.136.4.2 VCC 不带负载 .146.4.3 VCC 同时有其它负载 .146.5 开关频率的确定 .156.6 电流采 样电路 .156.7 变压器的设计 .156.8 开关管及驱动电路 .166.9 开关管吸收与钳位电路 .176.10 整流二极管 .176.11 整流二极管吸收电路 .176.12 输出滤波电路 .186.13 后级稳压 .186.14 钳位电路 .186.15 环路设计 .186.15.1 环路设计要求.186.15.2 不隔离控制的

4、环路设计.196.15.3 隔离控制的环路设计.196.16 短路保护 .206.17 输入保护 .206.18 安规设计(包括光耦和变压器短路) .216.18.1 安规距离.216.18.2 器件的安规.219b62b5b0d4df4d529424c2abced2ad51.pdf 56.18.3 满足安规试验的要求.216.19 EMC 设计 .216.19.1 输入 EMI .216.19.2 静电.226.19.3 辐射.226.19.4 浪涌.226.20 工艺与可生产性 .226.20.1 工艺.226.20.2 可测试性.226.20.3 容差设计.226.21 其它 .237

5、电路调测 .238 经验案例 .248.1H1412M1 的串联电阻。 .248.2 PSM-A9 启动失败问题 .248.3 PSM-A 启动失败问题 .248.4 PSM-A10 纹波问题 .258.5 PSM-A 和 PSM-A9 3843-PIN3 电压超标 .258.6 H6412Z 的 UC38C43 损坏问题 .258.7 HD4850 的风扇电源问题 .259 元器件清单 .2610 附件清单 .269b62b5b0d4df4d529424c2abced2ad51.pdf 6摘要辅助电源的功能是提供模块内的各级控制电路、各功能电路、监控电路和功率模块驱动电路所需电源。其输入电压

6、范围一般较宽，并需满足安规要求，输出功率一般小于30W 。本规范内容总结了一次电源整流模块辅助电源和监控模块辅助电源电路，参考了二次电源相关的CBB，确定了一次电源辅助电源的设计方法和关键要点。从器件选择、工艺要求、单元电路等几个层次作了规范，列举常见问题，附录介绍了一次电源主要使用的辅助电源电路。关键词反激式变换器： 在开关电源中有一类变换器，在功率管导通时，电感/ 高频变压器将电能变为磁能储存起来，功率管截止时，电感/高频变压器将原来储存的磁能变为电能，传递给负载。这种变换器称为反激式变换器。峰值电流型PWM控制：在脉宽比较器的输入端直接用峰值电流信号与电压误差放大器输出信号进行比较。在每

7、个开关周期的开始，功率管开通，其电流上升，当峰值电流信号达到电压误差放大器的输出时，功率管关断。它动态特性好，能逐波限流。DCM：Discontinue current mode 电感电流不连续。CCM：Continue current mode 电感电流连续。1 来源本规范中的电路来源于公司正在或曾经大量生产的 HD48205（H4412Z） ，HD4825-3（公司内部型号为 H6412Z） ，HD4850（公司内部型号 H1415Z） ，HD4850-2（公司内部型号为 H2415Z）HD48100（公司内部型号 H141AZ） ，HD4850（公司内部型号 H1415Z） （AC/DC

8、 模块的 PFC 电路，和PSMA，PSMA9，PSMA10 的辅助电源，并参考了一次电源、二次电源和工业电源相关 CBB、设计规范、测试规范等。2 适用范围是一次电源所有产品的辅助电源设计必须参考的规范。9b62b5b0d4df4d529424c2abced2ad51.pdf 73 满足技术指标 对于所有一次电源整流模块和监控模块的辅助电源或其它类的一次电源的辅助电源，均必须有相应的辅助电源规格书。规格书内容由辅助电源需求方与设计方共同讨论决定，格式和具体条款按照一次电源辅助电源规格书模板要求进行规定，并要经过相应的辅助电源专家、需求方成员、设计方成员、测试部人员、项目领导组成的评审委员会开

9、会评审通过。在辅助电源开发过程中，如需要对辅助电源规格书的某些条款进行更改，必须经过需求方与设计方共同讨论同意后，提交评审委员会评审通过后方可进行更改。项目开发时建立产品结构树时必须有辅助电源规格书条款和相应图号，项目完成后，辅助电源规格书也必须进行归档。任一辅助电源规格书中都必须有的项目为：输入电压范围、输出电压整定值及波动范围、工作温度和贮存温度、纹波与噪声、负载调整率、电压调整率、开机过冲、开关机特性、输出功率、输出最小固定负载、输出电流、交互调节特性、输入瞬态冲击电压、环路稳定性、成本与面积（体积） 、安规、输出短路、高低温工作、高温贮存、低温贮存、恒定湿热、高低温循环、振动、冲击、跌

10、落、运输、低气压、EMC 等。其中高低温工作、高温贮存、低温贮存、恒定湿热、高低温循环、振动、冲击、跌落、运输、低气压、EMC 等项目应与整机一致，随整机进行试验，辅助电源不单独进行此类试验。另外对于监控模块辅助电源，动态响应也应列为必选项目，而对于整流模块辅助电源，动态响应则为可选项目。有些电源指标对于一般的辅助电源来说不是很重要，除非有特别要求，故此类项目归为可选项目，主要有如下项目：温度系数、动态响应、容性负载、最大输入电流、辅助电源开关频率、动态输入电压、启动冲击电流、效率、稳压精度、绝缘电阻、耐压等。另外在些电源指标和功能对于一般的辅助电源来说是不作要求或没有的，如果某个辅助电源对此

11、类指标有要求时，需要在辅助电源规格书中进行特别规定。此类项目主要有：输出电压可调性、输出电压杂音、输出电压上升时间、输出电压开机时间、启动延时时间、开机/关机时的输出电压时序、音频隔离度、输入电压过压保护、输出电压过压保护、输入电压欠压保护、输出电压欠压保护、输出限流功能、过温保护等。4 设计原则与要求辅助电源必须按下列原则设计：（1）辅助电源设计首先要满足相应辅助电源规格书中各项指标的要求，且辅助电源的可靠性必须高于主电路可靠性，故其各功率器件的降额幅度应略大于主电路的功率降额幅度。 。 （2）辅助电源设计在满足可靠性第一的要求同时，其它性能指标以适用为主，不要求各性能指标做得最精最好，而是

12、要求辅助电源追求最低的综合成本。9b62b5b0d4df4d529424c2abced2ad51.pdf 8（3）辅助电源的安规等级要与整机保持一致，辅助电源必须满足整机相应的安规要求，如不作特殊说明应满足 EN60950 的要求。(4) 辅助电源设计中应考虑对整机 EMC 性能的影响，对于监控辅助电源，应在输入电路中加入 EMC 滤波网络，并在实际测试过程中对滤波网络参数进行调整。5 实现方案5.1 方案(拓扑)选择可以实现辅助电源功能的方案有很多种，包括反激变换器正激变换器取自主变绕组（仅用于整流模块辅助电源）其中竞争对手 SwitchtecR648 的辅助电源取自主变，但目前不适合一次电

13、源的使用。正激变换器一般用在功耗较大的辅助电源中。因此，反激变换器是一次电源目前首选的方案，如没有特殊的要求，应采用反激变换器方案。5.2 反激变换器实现方式反激变换器工作原理在常用的开关电源书中都有介绍，这里仅作简单说明。反激变换器实现多路输出稳压电压框图如图 1。环路控制一般采用电压误差放大控制峰值电流的方式。多路输出的一路通过反馈而稳定，其它路或者不稳压，或者加后级稳压(如三端稳压)。控制器件有两类，一是以 UC384X 为代表，需要外加开关管。一类以TopSwitch 为代表，集成了控制芯片和开关管，外围电路简单。一次电源普通使用 UC384X 集成电路作控制器，并在二次电源、工业电源

14、大量应用，因此目前应使用 UC384X 系列控制芯片或低温系列芯片。D1 C3R1V1VDCT1C2D2M1 D3C19b62b5b0d4df4d529424c2abced2ad51.pdf 9图 1：反激式多路输出变换器框图6 电路设计6.1 控制芯片的选择6.1.1 控制芯片类型6.1.1.1 几种类型控制芯片对比(UC 的芯片为例)UC384X 系列有很多芯片，差别为电源电压，最大占空比，启动电流等不同。启动电源电压 关断电源电压 最大占空比UC3842 16(14.5-17.5) 10(8.5-11.5) 97%(95-100%)UC3843 8.4(7.8-9.0) 7.6(7-8.

15、2) 97%(95-100%)UC3844 16(14.5-17.5) 10(8.5-11.5) 48%(47-50%)UC3845 8.4(7.8-9.0) 7.6(7-8.2) 48%(47-50%)注：设计时应特别注意到电源电压具有一定的范围，例如 UC3842 的最高启动电可达到 17.5V；UC3843 的最高关断电压可达到 8.2V。 6.1.1.2 注意不同后缀的芯片差别(以 ST 为例)UC3843 为例，有 UC3843、UC3843A，UC3843B 三种版本，参数上有差别。例如，对启动电流，UC3843 为 0.5mA,最大 1mA,而 UC3843A 和 UC3843B

16、 为0.3mA,最大 0.5mA。电压误差放大器输出电流，UC3843 为 0.8mA，最小0.5mA。UC3843A 和 UC3843B 为 1mA，最小为 0.5mA。注意不同厂商的参数差别。6.1.1.3 注意同型号不同厂商的器件，参数可能有差别例如 KA3843B 和 UC3843B（ST ）的差别（部分）序号 参数 UC3843（ST）KA3843（FSC）1 振荡器 振荡频率Tj=25 度495255 KHz 475257KHz5 最大占空比 94%96%100% 95%97%100%6 耗电 启动电流 0.3mA0.5mA 0.45mA1mA工作电流 14mA17mA 12mA1

17、7mA输出吸收电流 212 mA 27mA输出提供电流 -0.5-1 mA -0.6-1 mA6.1.1.4 低温系列的芯片全球系列的产品一般要求的环境温度范围较宽，温度下限要求均超过-10以下，像全球监控要求的温度范围就为-40+75，辅助电源所用的器件都要满足温度范围要求，特别是主要功率器件和控制芯片均要采用低温器件，像光耦、基准源、MOSFET、PWM 芯片等，目前公司现在器件平台上低温辅助电源9b62b5b0d4df4d529424c2abced2ad51.pdf 10用 PWM 芯片的主要参数如下表：型号 工作环境温度工作结温 Tj贮存温度 Tstg最大占空比UVLOON/OFF最大

18、启动电流ISTART- UP最大工作电流IDDUCC28C43D -40to 105150 -65to 15096% 8.4V/7.6V 100uA 3mAMIC38C43B -40to 85150 -65to 15096% 8.4V/7.6V 200uA 6mAUC2843B -25to 85150 -65to 15096% 8.4V/7.6V 0.5mA 17mA其中 UCC28C43 和 MIC38C43 对应系列为 BiCMOS 型芯片，UCC28C43X最高电源供电电压为 18V，MIC38C43X 最高电源供电电压为 20V，UC2843X最高电源供电电压为 30V，设计时还应注意

19、其它参数的不同。另不同后缀不同型号的参数均有变化，选型时要注意选取适合要求的芯片。6.1.2 选择方法对低电压输入的辅助电源，应该用代电压工作的 UC3843/5 或其改进型（以下以 3843/5 也包括其改进型） 。例如，监控电源如输入电压最低至 18V，若选择 UC3842，最高启动电压 17.5V，不利于启动电路设计。芯片电压的选择也取决于芯片工作时的电压。例如，有些辅助电源芯片和其它电路共用电源，当不希望使电路出现高于 17.5V 的电压时，应采用UC3483/5 而不能采用 UC3842/4对设计时不出现占空比50%的情况，应该采用 3844/5 及其改进型芯片，限定占空比有利于电流环的稳定。对于工作环境温度低于-5以下的辅助电源，PWM 脉宽调制芯片要选择低温系列的芯片。6.2 384X 的外围电路设计图 2 CtRtU1UC3843BVFB 2ISEN 3RT/CT4VREF8COMP 1OUT6VCC 7GND5