1、设计流程简介1/12目的希望以简短的篇幅，将公司目前设计的流程做介绍，若有介绍不当之处，请不吝指教.设计步骤:绘线路图、PCB Layout.变压器计算.零件选用.设计验证.设计流程介绍(以 DA-14B33 为例 ):线路图、PCB Layout 请参考资识库中说明.变压器计算:变压器是整个电源供应器的重要核心，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.决定变压器的材质及尺寸: 依据变压器计算公式 GausxNpAeLIB10(ma)B(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
2、(主线圈)圈数Ae = 铁心截面积(cm 2)B(max) 依铁心的材质及本身的温度来决定，以 TDK Ferrite Core PC40 为例，100时的 B(max)为 3900 Gauss，设计时应考虑零件误差，所以一般取 30003500 Gauss 之间，若所设计的 power 为 Adapter(有外壳)则应取 3000 Gauss 左右，以避免铁心因高温而饱合，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。决定一次侧滤波电容:滤波电容的决定，可以决定电容器上的 Vin(min)，滤波电容越大， Vin(win)越高，可以做较大瓦数的 Power，但相对价格
3、亦较高。决定变压器线径及线数:当变压器决定后，变压器的 Bobbin 即可决定，依据 Bobbin 的槽宽，可决定变压器的线径及线数，亦可计算出线径的电流密度，电流密度一般以 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。决定 Duty cycle (工作周期):由以下公式可决定 Duty cycle ，Duty cycle 的设计一般以 50%为基准，Duty cycle 若超过 50%易导致振荡的发生。xDVinoNps(m)1NS = 二次侧圈数NP = 一次侧圈数Vo = 输出电压VD= 二极管顺向电压Vin(min) = 滤波电容上的谷点电压
4、设计流程简介2/12D = 工作周期(Duty cycle)决定 Ip 值: IIavp21xDVinPoutav(m)fPxLpVinI(m)Ip = 一次侧峰值电流Iav = 一次侧平均电流Pout = 输出瓦数效率PWM 震荡频率f决定辅助电源的圈数:依据变压器的圈比关系，可决定辅助电源的圈数及电压。决定 MOSFET 及二次侧二极管的 Stress(应力):依据变压器的圈比关系，可以初步计算出变压器的应力(Stress)是否符合选用零件的规格，计算时以输入电压 264V(电容器上为 380V)为基准。其它:若输出电压为 5V 以下，且必须使用 TL431 而非 TL432 时，须考虑多
5、一组绕组提供 Photo coupler 及 TL431 使用。将所得资料代入 公式中，如此可得出 B(max)，若 B(max)值太高或太低则参数必须重新GausxNpAeLIB10(ma)调整。DA-14B33 变压器计算:输出瓦数 13.2W(3.3V/4A)，Core = EI-28 ，可绕面积( 槽宽)=10mm，Margin Tape = 2.8mm(每边) ，剩余可绕面积=4.4mm.假设 fT = 45 KHz ，Vin(min)=90V， =0.7，P.F.=0.5(cos)，Lp=1600 Uh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，A
6、e=0.86cm 2，可绕面积(槽宽)=10mm，因 Margin Tape 使用 2.8mm，所以剩余可绕面积为 4.4mm.假设滤波电容使用 47uF/400V，Vin(min) 暂定 90V。决定变压器的线径及线数: AxxVinPoutI 42.057.913cs(m)假设 NP 使用 0.32 的线电流密度= xx86.1024.32.014.3可绕圈数= 圈線 徑剩 餘 可 繞 面 績 57.假设 Secondary 使用 0.35 的线设计流程简介3/12电流密度= Axx07.4289.1325.014.3假设使用 4P，则电流密度= A0.47.可绕圈数= 圈57.13.5决
7、定 Duty cycle:假设 Np=44T，Ns=2T，V D=0.5(使用 schottky Diode)inoNps(m)1%2.48905.342决定 Ip 值: IIavp21AxxDVinPout 435.082.79013(m)KfLpI 66A73.02.435.0决定辅助电源的圈数:假设辅助电源=12VNA1=6.3 圈128.3ANs128.3A假设使用 0.23 的线可绕圈数= 圈3.9)0.3(4若 NA1=6Tx2P，则辅助电源=11.4V决定 MOSFET 及二次侧二极管的 Stress(应力):MOSFET(Q1) =最高输入电压(380V)+ =DVoNsp5.
8、03248=463.6V设计流程简介4/12Diode(D5)=输出电压(Vo)+ x 最高输入电压(380V)Nps= 38042.x=20.57VDiode(D4)= )380()(2 VxNpsA最 高 輸 入 電 壓輸 出 電 壓 = =41.4V38046.x其它:因为输出为 3.3V，而 TL431 的 Vref 值为 2.5V，若再加上 photo coupler 上的压降约 1.2V，将使得输出电压无法推动Photo coupler 及 TL431，所以必须另外增加一组线圈提供回授路径所需的电压。假设 NA2 = 4T 使用 0.35 线，则可绕圈数= ，所以可将 NA2 定为
9、 4Tx2PT58.103.5.428AVsVA6.722GausxGausxNpeLIB 3.1608.431)(10(ma) 变压器的接线图:零件选用:零件位置(标注)请参考线路图: (DA-14B33 Schematic)FS1: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0.32x1Px22T0.32x1Px22T0.35x2Px4T0.35x4Px2T0.23x2Px6T设计流程简介5/12过保险丝的额定值。TR1(热敏电阻):电源启动的瞬间，由于 C1(一次侧滤波电容)短路，导
10、致 Iin 电流很大，虽然时间很短暂，但亦可能对 Power 产生伤害，所以必须在滤波电容之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)，但因热敏电阻亦会消耗功率，所以不可放太大的阻值(否则会影响效率)，一般使用 SCK053(3A/5) ，若 C1 电容使用较大的值，则必须考虑将热敏电阻的阻值变大(一般使用在大瓦数的 Power 上)。VDR1(突波吸收器):当雷极发生时，可能会损坏零件，进而影响 Power 的正常动作，所以必须在靠 AC 输入端 (Fuse 之后) ，加上突波吸收器来保护 Power(一般常用 07D471K)，但若
11、有价格上的考虑，可先忽略不装。CY1，CY2(Y-Cap):Y-Cap 一般可分为 Y1 及 Y2 电容，若 AC Input 有 FG(3 Pin)一般使用 Y2- Cap ， AC Input 若为 2Pin(只有 L，N)一般使用 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”符号或注明 Y1)，此电路因为有 FG 所以使用 Y2-Cap，Y-Cap 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 Current )必须符合安规须求(3
12、Pin 公司标准为 750uA max)。CX1(X-Cap)、RX1:X-Cap 为防制 EMI 零件，EMI 可分为 Conduction 及 Radiation 两部分，Conduction 规范一般可分为: FCC Part 15J Class B 、 CISPR 22(EN55022) Class B 两种 ， FCC 测试频率在 450K30MHz，CISPR 22 测试频率在 150K30MHz， Conduction 可在厂内以频谱分析仪验证， Radiation 则必须到实验室验证，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
13、大，EMI 防制效果愈好(但价格愈高) ，若 X-Cap 在 0.22uf 以上(包含 0.22uf)，安规规定必须要有泄放电阻(RX1，一般为 1.2M 1/4W)。LF1(Common Choke):EMI 防制零件，主要影响 Conduction 的中、低频段，设计时必须同时考虑 EMI 特性及温升，以同样尺寸的 Common Choke 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 DC，由变压器所计算出的 Iin 值，可知只要使用 1A/600V 的整流二极管，因为是全波整流所以耐压只要 600V
14、 即可。C1(滤波电容):由 C1 的大小(电容值)可决定变压器计算中的 Vin(min)值，电容量愈大，Vin(min)愈高但价格亦愈高，此部分可在电路中实际验证 Vin(min)是否正确，若 AC Input 范围在 90V132V (Vc1 电压最高约 190V)，可使用耐压 200V 的电容;若 AC Input 范围在 90V264V(或 180V264V)，因 Vc1 电压最高约 380V，所以必须使用耐压 400V 的电容。D2(辅助电源二极管):整流二极管，一般常用 FR105(1A/600V)或 BYT42M(1A/1000V)，两者主要差异:耐压不同(在此处使用差异无所谓)
15、VF 不同 (FR105=1.2V，BYT42M=1.4V)R10(辅助电源电阻):设计流程简介6/12主要用于调整 PWM IC 的 VCC 电压，以目前使用的 3843 而言，设计时 VCC 必须大于 8.4V(Min. Load 时)，但为考虑输出短路的情况，VCC 电压不可设计的太高，以免当输出短路时不保护(或输入瓦数过大)。C7(滤波电容):辅助电源的滤波电容，提供 PWM IC 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，辅助电源电压相对提高，此时若没有保护电路，可能会造成零件损坏，若在 3843
16、 VCC 与 3843 Pin3 脚之间加一个 Zener Diode，当回授失效时 Zener Diode 会崩溃，使得 Pin3 脚提前到达 1V，以此可限制输出电压，达到保护零件的目的.Z1 值的大小取决于辅助电源的高低， Z1 的决定亦须考虑是否超过Q1 的 VGS 耐压值，原则上使用公司的现有料 (一般使用 1/2W 即可).R2(启动电阻):提供 3843 第一次启动的路径，第一次启动时透过 R2 对 C7 充电，以提供 3843 VCC 所需的电压，R2 阻值较大时，turn on 的时间较长，但短路时 Pin 瓦数较小，R2 阻值较小时，turn on 的时间较短，短路时 Pi
17、n 瓦数较大，一般使用220K/2W M.O。.R4 (Line Compensation):高、低压补偿用，使 3843 Pin3 脚在 90V/47Hz 及 264V/63Hz 接近一致(一般使用 750K1.5M 1/4W 之间) 。R3，C6，D1 (Snubber):此三个零件组成 Snubber，调整 Snubber 的目的:1.当 Q1 off 瞬间会有 Spike 产生，调整 Snubber 可以确保 Spike 不会超过Q1 的耐压值，2.调整 Snubber 可改善 EMI.一般而言，D1 使用 1N4007(1A/1000V)EMI 特性会较好.R3 使用 2W M.O.
18、电阻，C6 的耐压值以两端实际压差为准(一般使用耐压 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 RDS(ON)较 3A/600V 小，所以温升会较低，若 IDS 电流未超过3A，应该先以 3A/600V 为考虑，并以温升记录来验证，因为 6A/600V 的价格高于 3A/600V 许多，Q1 的使用亦需考虑VDS 是否超过额定值。R8:R8 的作用在保护 Q1，避免 Q1 呈现浮接状态。R7(Rs 电阻):3843 Pin3 脚电压最高为 1V，R7 的大小须与 R4 配合，以达到高低压平衡的目的，一般使用 2W
19、 M.O.电阻，设计时先决定 R7 后再加上 R4 补偿，一般将 3843 Pin3 脚电压设计在 0.85V0.95V 之间( 视瓦数而定，若瓦数较小则不能太接近1V，以免因零件误差而顶到 1V)。R5，C3(RC filter):滤除 3843 Pin3 脚的噪声，R5 一般使用 1K 1/8W，C3 一般使用 102P/50V 的陶质电容，C3 若使用电容值较小者，重载可能不开机(因为 3843 Pin3 瞬间顶到 1V);若使用电容值较大者，也许会有轻载不开机及短路 Pin 过大的问题。R9(Q1 Gate 电阻 ):R9 电阻的大小，会影响到 EMI 及温升特性，一般而言阻值大，Q1
20、 turn on / turn off 的速度较慢，EMI 特性较好，但 Q1的温升较高、效率较低(主要是因为 turn off 速度较慢); 若阻值较小， Q1 turn on / turn off 的速度较快，Q1 温升较低、效设计流程简介7/12率较高，但 EMI 较差，一般使用 51-150 1/8W。R6，C4(控制振荡频率):决定 3843 的工作频率，可由 Data Sheet 得到 R、C 组成的工作频率， C4 一般为 10nf 的电容( 误差为 5%)，R6 使用精密电阻，以 DA-14B33 为例，C4 使用 103P/50V PE 电容，R6 为 3.74K 1/8W
21、精密电阻，振荡频率约为 45 KHz。C5:功能类似 RC filter，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(PWM IC):3843 是 PWM IC 的一种，由 Photo Coupler (U2)回授信号控制 Duty Cycle 的大小，Pin3 脚具有限流的作用(最高电压 1V)，目前所用的 3843 中，有 KA3843(SAMSUNG)及 UC3843BN(S.T.)两种，两者脚位相同，但产生的振荡频率略有差异，UC3843BN 较 KA3843 快了约 2KHz，f T 的增加会衍生出一些问题 (例如:EMI 问题、短路问题)，因 KA
22、3843 较难买，所以新机种设计时，尽量使用 UC3843BN。R1、R11、R12、C2(一次侧回路增益控制 ):3843 内部有一个 Error AMP(误差放大器)，R1、R11、R12、C2 及 Error AMP 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，调整不恰当可能会造成振荡或输出电压不正确，一般 C2 使用立式积层电容(温度持性较好)。U2(Photo coupler)光耦合器(Photo coupler)主要将二次侧的信号转换到一次侧(以电流的方式)，当二次侧的 TL431 导通后，U2 即会将二次侧的电流依比例转换到一次侧，此时 3843 由 Pin6 (ou
23、tput)输出 off 的信号(Low)来关闭 Q1，使用 Photo coupler 的原因，是为了符合安规需求(primacy to secondary 的距离至少需 5.6mm)。R13(二次侧回路增益控制):控制流过 Photo coupler 的电流，R13 阻值较小时，流过 Photo coupler 的电流较大，U2 转换电流较大，回路增益较快( 需要确认是否会造成振荡)，R13 阻值较大时，流过 Photo coupler 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，但需注意输出电压是否正常。U3(TL431)、R15、R16 、R18调整输出电压的大小，
24、 ，输出电压不可超过 38V(因为 TL431 VKA 最大为 36V，若再16/583RxVrefo加 Photo coupler 的 VF 值，则 Vo 应在 38V 以下较安全)，TL431 的 Vref 为 2.5V，R15 及 R16 并联的目的使输出电压能微调，且 R15 与 R16 并联后的值不可太大(尽量在 2K 以下)，以免造成输出不准。R14，C9(二次侧回路增益控制):控制二次侧的回路增益，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；电阻放小增益变慢，至于何谓增益调整的最佳值，则可以 Dynamic load 来量测
25、，即可取得一个最佳值。D4(整流二极管):因为输出电压为 3.3V，而输出电压调整器(Output Voltage Regulator)使用 TL431(Vref=2.5V)而非 TL432(Vref=1.25V)，所以必须多增加一组绕组提供 Photo coupler 及 TL431 所需的电源，因为 U2 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):设计流程简介8/12因为 U2 及 U3 所需的电流不大，所以只要使用 1u/50V 即可。D5(整流二极管):输出整流二极管，D5 的使
26、用需考虑:电流值二极管的耐压值以 DA-14B33 为例，输出电流 4A，使用 10A 的二极管(Schottky)应该可以，但经点温升验证后发现 D5 温度偏高，所以必须换为 15A 的二极管，因为 10A 的 VF 较 15A 的 VF 值大。耐压部分 40V 经验证后符合，因此最后使用 15A/40V Schottky。C10，R17(二次侧 snubber) :D5 在截止的瞬间会有 spike 产生，若 spike 超过二极管(D5)的耐压值，二极管会有被击穿的危险，调整 snubber 可适当的减少 spike 的电压值，除保护二极管外亦可改善 EMI，R17 一般使用 1/2W
27、的电阻，C10 一般使用耐压 500V 的陶质电容，snubber 调整的过程(264V/63Hz) 需注意 R17,C10 是否会过热，应避免此种情况发生。C11，C13(滤波电容):二次侧第一级滤波电容，应使用内阻较小的电容(LXZ，YXA)，电容选择是否洽当可依以下三点来判定:输出 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R19(假负载):适当的使用假负载可使线路更稳定，但假负载的阻值不可太小，否则会影响效率，使用时亦须注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)。L3，C12(LC 滤波电路):LC 滤波电路为第二级滤波，在不影响线路稳
28、定的情况下，一般会将 L3 放大( 电感量较大)，如此 C12 可使用较小的电容值。设计验证:(可分为三部分)设计阶段验证样品制作验证QE 验证设计阶段验证设计实验阶段应该养成记录的习惯，记录可以验证实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(验证项目视规格而定)。电气规格验证:3843 PIN3 脚电压(full load 4A) :90V/47Hz = 0.83V115V/60Hz = 0.83V132V/60Hz = 0.83V180V/60Hz = 0.86V230V/60Hz = 0.88V设计流程简介9/12264V/63Hz = 0.91VDuty
29、 Cycle , fT: %5.473.2108.647/90CycleDutstonKHzzV %2.153.84660/24CycleDutstonKHzfHzVTVin(min) = 100V (90V / 47Hz full load)Stress (264V / 63Hz full load) :Q1 MOSFET:D5: D4:辅助电源(开机，满载)、短路 Pin max.:.)(max2.1460.8A.V47/90WHzV短 路滿 載開 機设计流程简介10/12.)(max8.42610.3A.V63/24WHzV短 路滿 載開 機Static (full load)Pin(w
30、) Iin(A) Iout(A) Vout(V) P.F. Ripple(mV) Pout(w) eff90V/47Hz 18.7 0.36 4 3.30 0.57 32 13.22 70.7115V/60Hz 18.6 0.31 4 3.30 0.52 28 13.22 71.1132V/60Hz 18.6 0.28 4 3.30 0.50 29 13.22 71.1180V/60Hz 18.7 0.21 4 3.30 0.49 30 13.23 70.7230V/60Hz 18.9 0.18 4 3.30 0.46 29 13.22 69.9264V/60Hz 19.2 0.16 4 3.
31、30 0.45 29 13.23 68.9Full Range 负载(0.3A-4A)(验证是否有振荡现象)回授失效(输出轻载)90V/47Hz Vout = 8.3V264V/63Hz Vout = 6.03VO.C.P.(过电流保护 )90V/47Hz = 7.2A264V/63Hz = 8.4APin(max.)90V/47Hz = 24.9W264V/63Hz = 27.1WDynamic testH=4A，t1=25ms ，slew Rate = 0.8A/ms (Rise)L=0.3A，t2=25ms，slew Rate = 0.8A/ms (Full)90V/47Hz90V/47Hz = OK115V/60Hz = OK132V/60Hz = OK180V/60Hz = OK230V/60Hz = OK264V/63Hz = OK
