研發(fā)電源問題

第1頁共17頁研發(fā)電源問題匯總目錄1.問題一：我們小功率用到最多的反激電源，為什么我們常常選擇65k或者100k(這些頻率段附近)作為開關頻率?有哪些原因制約了?或者哪些情況下我們可以增大開關頻率?或者減小開關頻率? 22.問題二：LLC中為什么我們常在二區(qū)設計開關頻率?一區(qū)和三區(qū)為什么不可以?有哪些因素制約呢?或者如果選取一區(qū)和三區(qū)作為開關頻率會有什么后果呢? 33.問題三：當我們反激的占空比大于50%會帶來什么?好的方面有哪些?不好的方面有哪 34.問題四：反激電源如果要做到一定的效率，需要從哪些方面著手?準諧振?同步整流? 45.問題五：電源的傳導是怎么形成的?傳導的途徑有哪些?常用的手段?電源的輻射受哪些東西影響?怎么做大功率的EMC………………46.問題六：我們選擇拓撲時需要考慮哪些方面的因素?各種拓撲使用環(huán)境及優(yōu)缺點?…67.問題七：考慮電源成本時，我們要從哪里下手呢?…………78.問題八：電源的環(huán)路設計，電源哪些部分影響電源的環(huán)路?好的環(huán)路有哪些指標決定? 89.問題九：對各種拓撲的軟開關形式有哪些?軟開關是如何實現的? 910.問題十：什么樣的變壓器才算是最完美適用的?變壓器決定了什么,影響了什么? 911.問題十一：我們真的需要到迷戀設計工具，依賴仿真的地步嗎? 12.問題十二：評判一塊電源板LAYOUT好壞有哪些地方能一陣見血發(fā)現? 13.問題十三：電源的元器件你懂多少?MOS管結電容多大，對哪些有影響?RDS跟溫度是什么關系?肖特基反向恢復電流影響什么?電容的ESR會帶來哪些影響? 14.問題十四：你對磁性材料了解多少，磁環(huán)和磁芯有哪些差異?低磁環(huán)和高磁環(huán)用在什么情況? 15.問題十五：電源損耗是怎么分布的?MOS管損耗?變壓器損耗?變壓器除了直流損耗，還有交流損耗怎么算的? 16.問題十六：電源中的熱設計，散熱器是怎么選擇的?散熱器設計需要考慮什么? 17.問題十七：LLC的輸出濾波電容怎么決定的?受哪些因素影響? 18.問題十八：移相全橋的驅動是什么實現的?何為移相?移相帶來什么? 19.問題十九：大功率若追求效率，無橋PFC是怎么實現的?原理是什么? 20.問題二十：電力電源中為什么用到三相電?三相三電平是怎么實現，三電平帶來了什 第2頁共17頁21.問題二十一：電源中有很多保護電路，你最多能說幾種保護?怎么去實現? 1622.問題二十二：搞電源不懂市場?你搞的電源何去何從?開發(fā)出了沒用?替老板賺到錢 100k(這些頻率段附近)作為開關頻率?有哪些原因制約了?或者哪些情況下我們可以增大開關頻率?或者減小開關頻率?開關電源為什么常常選擇65k或者100k左右范圍作為開關頻率，有的人會說IC廠家都是生產這樣的IC,當然這也有原因。每個電源的開關頻率會決定什率提高了，直接帶來的影響是什么?當然是MOS開關損耗增大，因為單位時間開關次數增多了。如果頻率減小了會帶來什么?開關損耗是減小了，但是我們電感要更大了。選取在65k到100k左右就是一個比較合適的經驗折中，電源就本貼關鍵：如何選擇合適IC的開關頻率?主流IC的開關頻率為什么是大概是這么一些范圍?開關頻率和什么有關，說的是普遍情況，不是想鉆牛角尖好我這里想說的普遍情況，主要想提的是開關1、你是如何知道一般選擇65或者100kHz,作為開關電源的開關頻率的?2、又是如何在工作中發(fā)現開關電源開關頻率確實工作在65kHz,或100kHz第3頁共17頁3、有兩張以上的測試65kHz~100kHz頻率的圖片說明嗎?(何止二張圖片，什么不可以，純熟鉆牛角尖，做技術切記鉆牛角尖，提醒：做技術人員切記鑽牛角尖，咱們不是校園以?有哪些因素制約呢?或者如果選取一區(qū)和三區(qū)作為開關頻率會有什么性負載區(qū)，自然不可取。那么三區(qū)，開關頻率出二極管關斷。也就是原邊MOS管關斷時，諧振電流并沒有減小到和勵磁電流我們不能只按前人的經驗去設計，而要知道只3.問題三：當我們反激的占空比大于50%會帶來什么?好的方面有哪些?不好的方面有哪些?反激的占空比大于50%意味著什么,占空比影響哪些因素?高。一般反激選取600V或650V以下的MOS管，成本考慮。占空比過大勢必第二：很重要的是很多人知道，需要斜坡補償，第4頁共17頁當然在特殊情形下也需要將占空比設計在大于50%,單位周期內傳遞的能4.問題四：反激電源如果要做到一定的效率，需要從哪些方面著手?準諧振?同步整流?反激的一大劣勢就是效率問題，改善效率有哪些途徑可以思考的呢?減小損耗是必然的，損耗的點有開關管，變壓器，輸出整只能朝準諧振去發(fā)展(部分時間段諧振),這樣的IC也有很多問世，我司用的較多是NCP1207,通過在MOS管關斷后，下一次開通前1腳檢測VCC電壓過零5.問題五：電源的傳導是怎么形成的?傳導的途徑有哪些?常用的手段?電源的輻射受哪些東西影響?怎么做大功率的EMC。電源傳導測量方式是通過接收輸入端口L,N,PE來自電源內部的高頻干擾(一般150k到30M)。專門針對高頻，繞線方式采用雙線并繞，減少差模成分。后級一般放置感量較大，在4MH到10MH附近，只是經驗值，具體需要與Y電容搭配。X電容濾差第5頁共17頁第6頁共17頁要加粗，不可外掛，否則效果很差。(這些只通關斷，變壓器，以及PFC電感等等。這些電路上的設計需要與其他方面折中第三：散熱器的位置能很好充當屏蔽，合理布板6.問題六：我們選擇拓撲時需要考慮哪些方面的因素?各種拓撲使用環(huán)境及優(yōu)設計電源的第一步不知道大家會想到什么呢?我是這么想，細致研究客戶反激特點：適用在小于150W,理論這么說，實際大于75W就很少用，不第7頁共17頁全電壓范圍(85V-264V)效率一般在80%以下，單電壓達到80%很容易。正激特點：功率適中，可做中小功率，功率一般在200W以下，當然可以做很大功率，只是不常常這么做，原因是正激和反激磁芯體積要求大，當然采用2個變壓器串并聯(lián)的也有，注意只談一般情形，不于100W小于3kW)。特點成本比反激正激高，因為多用了1個MOS管(雙向勵磁)和1個整流管，控制IC也貴，環(huán)路設計業(yè)復雜(一般采用運放，尤其還要做效率可達96%以上(全電壓)(當然PFC是采用無橋方式)。其它半橋我不推薦，輸入電壓低用LLC。成本特別高，比LLC還多用2個MOS。這還不是首要的，爭對手無不都在打價格戰(zhàn)，大家都能做出電那你可以打你的性能指標賣點，多了性能要求，電路第8頁共17頁第二：物料采購成本，為什么大公司電源利潤高?無非是他們有著優(yōu)越的阻比貼片成本高),能用國產，不用臺資，能用臺資不用日系，這里的價格差異第三：影響成本的重要器件：變壓器，電感，MO8.問題八：電源的環(huán)路設計，電源哪些部分影響電源的環(huán)路?好的環(huán)路有哪些式下),有的是電流串聯(lián)負反饋(CV模式下)。那有哪些地方會影響環(huán)路呢?電路中的零點以及極點。零點一般會導致增益上升，引起90度相移(右半平面零點會引起-90度相移)。極點一般會導致增點極點補償手段去合理調控我們的環(huán)路。對于低頻部分位余量大于45度。第9頁共17頁(一般在中頻4k左右，對增益有好處，無需補償)右，隨負載變化會變化),選取3.負載會產生低頻極點。采用低頻零點去補償。也有的會采用3型補償很少用。9.問題九：對各種拓撲的軟開關形式有哪些?軟開關是如何實現的?拓撲都開始利用軟開關了，就連反激如果為了做其次軟開關和硬開關的差異是：硬開關過程中電容，然后串電感實現串聯(lián)ZVS,例如準諧振反激，有源箱位吸收電路，移向全橋的軟開關。也有LC并聯(lián)ZCS,不過用的很少，因為MOS管ZVS的損耗小流過零，上管軟開通前，先給下管結電容充電，上管實現軟開通)10.問題十：什么樣的變壓器才算是最完美適用的?變壓器決定了什么,影響了什么?設計變壓器從哪里入手呢?一般來說根據功率來選擇磁芯大小，有經驗的第10頁共17頁PQ的用的比較多，這里面也有每個人的習慣以及不同公司的平臺差異，功率很什么模式下，感量如何調節(jié)適中。尤其是多路輸出一0.35,當然0.3更好，即時短路也不會飽和太嚴重)有的還需要增加屏蔽來整改EMC,原副邊屏蔽一般加2層，外屏蔽1層就好。慮到風冷自然冷，電流密度多大合適，功率稍大(大于150W)的對于新人來說，我給的建議少用工具，多計算，自為工具是人做的，不同人的設計習慣差異，不第11頁共17頁歪),走線漂亮美觀，不七彎八繞的。率開關器件的干擾。各吸收回路的面積盡可能小3.走線部分，輸入EMI電路的走線是否滿足安規(guī)，原副邊距離，輸入輸出對大地的距離都要滿足安規(guī)。走線的粗細是否滿足足夠(例如驅動信號，采樣信號，地線是否合理),驅動信號不要干擾敏感信號(高頻RDS跟溫度是什么關系?肖特基反向恢復電流影響什么?電容的ESR會帶第12頁共17頁X電容，瓷片電容，電解電容，貼片電容等；每種器件都有其規(guī)格，極限參數。慮，額定電流也會考慮，導通電阻我們會考慮，但還導通電阻Rds(on)隨溫度升高其阻值是變大的，設計MOS管損耗時要考慮到其影響就更大了),寄生電感會引起關斷尖峰很高。14.問題十四：你對磁性材料了解多少，磁環(huán)和磁芯有哪些差異?低磁環(huán)和高磁開關頻率最大能做到1000k,夠一般情況下使用了。鐵氧體磁芯既可以做主變壓器也可以做電感，如PFC電感(一般鐵硅鋁材質居多，性價比高),儲能電感繞制工藝較困難。磁環(huán)也分高U值和低U值，主要也是磁環(huán)的材料不同照成，第13頁共17頁15.問題十五：電源損耗是怎么分布的?MOS管損耗?變壓器損耗?變壓器除耗還有交流損耗，交流損耗一般比直流損耗還大2倍，因為銅線在高頻下的交么?散熱器的大小選擇一般根據損耗的功率，需要的溫第14頁共17頁散熱板面積S(cm2)封裝形式52不加散熱器時結到周圍空氣的總熱阻加散熱器后結到散熱器表面的總熱阻直接與散熱76焊在散熱板上)涂導熱硅脂11加0.05mm厚的云母片— 波需求考慮，當然對每種拓撲濾波電容的選取都是第15頁共17頁品質也有著很重要的關系，之前已經討論過其關系式。紋波電壓時我們的需求，一般按照50mv的需求的話，設計留有余量一般選擇10mv。(考慮到PCB板濾波效果，電容低溫容值降低),紋波電流計算式如下：18.問題十八：移相全橋的驅動是什么實現的?何為移相?移相帶來什么?移相全橋目前在中大功率使用中，也是用的很火，受歡迎程度僅次于LLC諧振半橋。之前已經比較過不同拓撲的使用情況，這里就專門介紹下移相全橋移相全橋特點一：驅動比較復雜，導致控制電路復雜，成本很高，原因是移相全橋一般有4個MOS,對驅動能力要求很高，一般IC很難做到，需要對驅動能力通過外置MOS管放大使用，又為了加強可靠性一般采用隔離變壓器來驅移相全橋特點二：移相，為什么要移相，移相帶來什么,跟普通全橋有什么區(qū)別。移相針對的是同一組的MOS管，讓2個MOS管依次導通，可以降低開關損耗。超前臂橋實現ZVS同時，副邊處于續(xù)流，原邊電流被二極管分擔，MOS管電流也很小，近似零電流導通，滯后臂橋可以零電壓導通。移相全橋特點三：工作過程復雜，二個輸出功率狀態(tài)(靠原邊提供能量),二個續(xù)流狀態(tài)(靠副邊電感及電容提供供能量),四個死區(qū)(來分別實現每個MOS管軟開通I]只是為了給新手了解移相全橋，作為開關電源比較重要的拓撲一部分，它的重點和難點在哪里。19.問題十九：大功率若追求效率，無橋PFC是怎么實現的?原理是什么?很多人都聽說過無橋PFC,不過真正使用起來并不很常見，原因是無橋PFC相比普通有橋PFC效率上固然有提升，一般也就在1-2%,若不是追求高效，一般都不會使用，成本太高。根據無橋PFC的特點，其實整流橋并沒有真正省去不用，只是當做交流輸入正負半軸的隔離使用，簡單來說相當于普通二個PFC,第16頁共17頁交流正負半軸各一個，相應的PFC電感也會增加一個，MOS管也會增加一個，可以減小損耗。之前接觸過一個960W用無橋PFC+LLC效率達到96.5%,不過最終因為客戶要求輸入電壓交流和直流都能滿足，這場合。三相電一般采用三相四線，其中一根是零線，四通