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解析一張開關(guān)電源“原理圖”!

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1766次  |  2020年03月29日  

開關(guān)電源產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制、特種設(shè)備、科研設(shè)備、LED照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體制冷制熱、空氣凈化器,電子冰箱,液晶顯示器,LED燈具,通訊設(shè)備,視聽產(chǎn)品,安防監(jiān)控,LED燈帶,電腦機(jī)箱,數(shù)碼產(chǎn)品和儀器類等領(lǐng)域。


FS1:


由變壓器計(jì)算得到Iin值,以此Iin值(0.42A)可知使用公司共享料2A/250V,設(shè)計(jì)時(shí)亦須考慮Pin(max)時(shí)的Iin是否會(huì)超過保險(xiǎn)絲的額定值。


TR1(熱敏電阻):


電源啟動(dòng)的瞬間,由于C1(一次側(cè)濾波電容)短路,導(dǎo)致Iin電流很大,雖然時(shí)間很短暫,但亦可能對(duì)Power產(chǎn)生傷害,所以必須在濾波電容之前加裝一個(gè)熱敏電阻,以限制開機(jī)瞬間Iin在Spec之內(nèi)(115V/30A,230V/60A),但因熱敏電阻亦會(huì)消耗功率,所以不可放太大的阻值(否則會(huì)影響效率),一般使用5-10熱敏,若C1電容使用較大的值,則必須考慮將熱敏電阻的阻值變大(一般使用在大瓦數(shù)的Power上)。


VDR1(突波吸收器):


當(dāng)雷極發(fā)生時(shí),可能會(huì)損壞零件,進(jìn)而影響Power的正常動(dòng)作,所以必須在靠AC輸入端(Fuse之后),加上突波吸收器來保護(hù)Power(一般常用07D471K),但若有價(jià)格上的考慮,可先忽略不裝。


CY1,CY2(Y-Cap):


Y-Cap一般可分為Y1及Y2電容,若ACInput有FG(3Pin)一般使用Y2-Cap,ACInput若為2Pin(只有L,N)一般使用Y1-Cap,Y1與Y2的差異,除了價(jià)格外(Y1較昂貴),絕緣等級(jí)及耐壓亦不同(Y1稱為雙重絕緣,絕緣耐壓約為Y2的兩倍,且在電容的本體上會(huì)有回符號(hào)或注明Y1),此電路蛭蠪G所以使用Y2-Cap,Y-Cap會(huì)影響EMI特性,一般而言越大越好,但須考慮漏電及價(jià)格問題,漏電(LeakageCurrent)必須符合安規(guī)須求(3Pin公司標(biāo)準(zhǔn)為750uAmax)。


CX1(X-Cap)、RX1:


X-Cap為防制EMI零件,EMI可分為Conduction及Radiation兩部分,Conduction規(guī)范一般可分為:FCCPart15JClassB、CISPR22(EN55022)ClassB兩種,F(xiàn)CC測(cè)試頻率在450K~30MHz,CISPR22測(cè)試頻率在150K~30MHz,Conduction可在廠內(nèi)以頻譜分析儀驗(yàn)證,Radiation則必須到實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證,X-Cap一般對(duì)低頻段(150K~數(shù)M之間)的EMI防制有效,一般而言X-Cap愈大,EMI防制效果愈好(但價(jià)格愈高),若X-Cap在0.22uf以上(包含0.22uf),安規(guī)規(guī)定必須要有泄放電阻(RX1,一般為1.2M1/4W)。


LF1(CommonChoke):


EMI防制零件,主要影響Conduction的中、低頻段,設(shè)計(jì)時(shí)必須同時(shí)考慮EMI特性及溫升,以同樣尺寸的CommonChoke而言,線圈數(shù)愈多(相對(duì)的線徑愈細(xì)),EMI防制效果愈好,但溫升可能較高。


BD1(整流二極管):


將AC電源以全波整流的方式轉(zhuǎn)換為DC,由變壓器所計(jì)算出的Iin值,可知只要使用1A/600V的整流二極管,因?yàn)槭侨ㄕ魉阅蛪褐灰?00V即可。


C1(濾波電容):


由C1的大小(電容值)可決定變壓器計(jì)算中的Vin(min)值,電容量愈大,Vin(min)愈高但價(jià)格亦愈高,此部分可在電路中實(shí)際驗(yàn)證Vin(min)是否正確,若ACInput范圍在90V~132V(Vc1電壓最高約190V),可使用耐壓200V的電容若ACInput范圍在90V~264V(或180V~264V),因Vc1電壓最高約380V,所以必須使用耐壓400V的電容。


D2(輔助電源二極管):


整流二極管,一般常用FR105(1A/600V)或BYT42M(1A/1000V),兩者主要差異:


耐壓不同(在此處使用差異無所謂)


VF不同(FR105=1.2V,BYT42M=1.4V)


R10(輔助電源電阻):


主要用于調(diào)整PWMIC的VCC電壓,以目前使用的3843而言,設(shè)計(jì)時(shí)VCC必須大于8.4V(Min.Load時(shí)),但為考慮輸出短路的情況,VCC電壓不可設(shè)計(jì)的太高,以免當(dāng)輸出短路時(shí)不保護(hù)(或輸入瓦數(shù)過大)。


C7(濾波電容):


輔助電源的濾波電容,提供PWMIC較穩(wěn)定的直流電壓,一般使用100uf/25V電容。


Z1(Zener二極管):


當(dāng)回授失效時(shí)的保護(hù)電路,回授失效時(shí)輸出電壓沖高,輔助電源電壓相對(duì)提高,此時(shí)若沒有保護(hù)電路,可能會(huì)造成零件損壞,若在3843VCC與3843Pin3腳之間加一個(gè)ZenerDiode,當(dāng)回授失效時(shí)ZenerDiode會(huì)崩潰,使得Pin3腳提前到達(dá)1V,以此可限制輸出電壓,達(dá)到保護(hù)零件的目的.Z1值的大小取決于輔助電源的高低,Z1的決定亦須考慮是否超過Q1的VGS耐壓值,原則上使用公司的現(xiàn)有料(一般使用1/2W即可).


R2(啟動(dòng)電阻):


提供3843第一次啟動(dòng)的路徑,第一次啟動(dòng)時(shí)透過R2對(duì)C7充電,以提供3843VCC所需的電壓,R2阻值較大時(shí),turnon的時(shí)間較長,但短路時(shí)Pin瓦數(shù)較小,R2阻值較小時(shí),turnon的時(shí)間較短,短路時(shí)Pin瓦數(shù)較大,一般使用220K/2WM.O。


R4(LineCompensation):


高、低壓補(bǔ)償用,使3843Pin3腳在90V/47Hz及264V/63Hz接近一致(一般使用750K~1.5M1/4W之間)。


R3,C6,D1(Snubber):


此三個(gè)零件組成Snubber,調(diào)整Snubber的目的:1.當(dāng)Q1off瞬間會(huì)有Spike產(chǎn)生,調(diào)整Snubber可以確保Spike不會(huì)超過Q1的耐壓值,2.調(diào)整Snubber可改善EMI.一般而言,D1使用1N4007(1A/1000V)EMI特性會(huì)較好.R3使用2WM.O.電阻,C6的耐壓值以兩端實(shí)際壓差為準(zhǔn)(一般使用耐壓500V的陶質(zhì)電容)。


Q1(N-MOS):


目前常使用的為3A/600V及6A/600V兩種,6A/600V的RDS(ON)較3A/600V小,所以溫升會(huì)較低,若IDS電流未超過3A,應(yīng)該先以3A/600V為考慮,并以溫升記錄來驗(yàn)證,因?yàn)?A/600V的價(jià)格高于3A/600V許多,Q1的使用亦需考慮VDS是否超過額定值。


R8:


R8的作用在保護(hù)Q1,避免Q1呈現(xiàn)浮接狀態(tài)。


R7(Rs電阻):


3843Pin3腳電壓最高為1V,R7的大小須與R4配合,以達(dá)到高低壓平衡的目的,一般使用2WM.O.電阻,設(shè)計(jì)時(shí)先決定R7后再加上R4補(bǔ)償,一般將3843Pin3腳電壓設(shè)計(jì)在0.85V~0.95V之間(視瓦數(shù)而定,若瓦數(shù)較小則不能太接近1V,以免因零件誤差而頂?shù)?V)。


R5,C3(RCfilter):


濾除3843Pin3腳的噪聲,R5一般使用1K1/8W,C3一般使用102P/50V的陶質(zhì)電容,C3若使用電容值較小者,重載可能不開機(jī)(因?yàn)?843Pin3瞬間頂?shù)?V)若使用電容值較大者,也許會(huì)有輕載不開機(jī)及短路Pin過大的問題。


R9(Q1Gate電阻):


R9電阻的大小,會(huì)影響到EMI及溫升特性,一般而言阻值大,Q1turnon/turnoff的速度較慢,EMI特性較好,但Q1的溫升較高、效率較低(主要是因?yàn)閠urnoff速度較慢)若阻值較小,Q1turnon/turnoff的速度較快,Q1溫升較低、效率較高,但EMI較差,一般使用51-1501/8W。


R6,C4(控制振蕩頻率):


決定3843的工作頻率,可由DataSheet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/50VPE電容,R6為3.74K1/8W精密電阻,振蕩頻率約為45KHz。


C5:


功能類似RCfilter,主要功用在于使高壓輕載較不易振蕩,一般使用101P/50V陶質(zhì)電容。


U1(PWMIC):


3843是PWMIC的一種,由PhotoCoupler(U2)回授信號(hào)控制DutyCycle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(chǎn)生的振蕩頻率略有差異,UC3843BN較KA3843快了約2KHz,fT的增加會(huì)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(jī)種設(shè)計(jì)時(shí),盡量使用UC3843BN。


R1、R11、R12、C2(一次側(cè)回路增益控制):


3843內(nèi)部有一個(gè)ErrorAMP(誤差放大器),R1、R11、R12、C2及ErrorAMP組成一個(gè)負(fù)回授電路,用來調(diào)整回路增益的穩(wěn)定度,回路增益,調(diào)整不恰當(dāng)可能會(huì)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)。


U2(Photocoupler)


光耦合器(Photocoupler)主要將二次側(cè)的信號(hào)轉(zhuǎn)換到一次側(cè)(以電流的方式),當(dāng)二次側(cè)的TL431導(dǎo)通后,U2即會(huì)將二次側(cè)的電流依比例轉(zhuǎn)換到一次側(cè),此時(shí)3843由Pin6(output)輸出off的信號(hào)(Low)來關(guān)閉Q1,使用Photocoupler的原因,是為了符合安規(guī)需求(primacytosecondary的距離至少需5.6mm)。


R13(二次側(cè)回路增益控制):


控制流過Photocoupler的電流,R13阻值較小時(shí),流過Photocoupler的電流較大,U2轉(zhuǎn)換電流較大,回路增益較快(需要確認(rèn)是否會(huì)造成振蕩),R13阻值較大時(shí),流過Photocoupler的電流較小,U2轉(zhuǎn)換電流較小,回路增益較慢,雖然較不易造成振蕩,但需注意輸出電壓是否正常。


U3(TL431)、R15、R16、R18


調(diào)整輸出電壓的大小,,輸出電壓不可超過38V(因?yàn)門L431VKA最大為36V,若再加Photocoupler的VF值,則Vo應(yīng)在38V以下較安全),TL431的Vref為2.5V,R15及R16并聯(lián)的目的使輸出電壓能微調(diào),且R15與R16并聯(lián)后的值不可太大(盡量在2K以下),以免造成輸出不準(zhǔn)。


R14,C9(二次側(cè)回路增益控制):


控制二次側(cè)的回路增益,一般而言將電容放大會(huì)使增益變慢;電容放小會(huì)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,至于何謂增益調(diào)整的最佳值,則可以Dynamicload來量測(cè),即可取得一個(gè)最佳值。


D4(整流二極管):


因?yàn)檩敵鲭妷簽?.3V,而輸出電壓調(diào)整器(OutputVoltageRegulator)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Photocoupler及TL431所需的電源,因?yàn)閁2及U3所需的電流不大(約10mA左右),二極管耐壓值100V即可,所以只需使用1N4148(0.15A/100V)。


C8(濾波電容):


因?yàn)閁2及U3所需的電流不大,所以只要使用1u/50V即可。


D5(整流二極管):


輸出整流二極管,D5的使用需考慮:


電流值


二極管的耐壓值


以此電源為例,輸出電流4A,使用10A的二極管(Schottky)應(yīng)該可以,但經(jīng)點(diǎn)溫升驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)D5溫度偏高,所以必須換為15A的二極管,因?yàn)?0A的VF較15A的VF值大。耐壓部分40V經(jīng)驗(yàn)證后符合,因此最后使用15A/40VSchottky。


C10,R17(二次側(cè)snubber):


D5在截止的瞬間會(huì)有spike產(chǎn)生,若spike超過二極管(D5)的耐壓值,二極管會(huì)有被擊穿的危險(xiǎn),調(diào)整snubber可適當(dāng)?shù)臏p少spike的電壓值,除保護(hù)二極管外亦可改善EMI,R17一般使用1/2W的電阻,C10一般使用耐壓500V的陶質(zhì)電容,snubber調(diào)整的過程(264V/63Hz)需注意R17,C10是否會(huì)過熱,應(yīng)避免此種情況發(fā)生。


C11,C13(濾波電容):


二次側(cè)第一級(jí)濾波電容,應(yīng)使用內(nèi)阻較小的電容(LXZ,YXA),電容選擇是否洽當(dāng)可依以下三點(diǎn)來判定:


輸出Ripple電壓是符合規(guī)格


電容溫度是否超過額定值


電容值兩端電壓是否超過額定值


R19(假負(fù)載):


適當(dāng)?shù)氖褂眉儇?fù)載可使線路更穩(wěn)定,但假負(fù)載的阻值不可太小,否則會(huì)影響效率,使用時(shí)亦須注意是否超過電阻的額定值(一般設(shè)計(jì)只使用額定瓦數(shù)的一半)。


L3,C12(LC濾波電路):


LC濾波電路為第二級(jí)濾波,在不影響線路穩(wěn)定的情況下,一般會(huì)將L3放大(電感量較大),如此C12可使用較小的電容值。


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