硬件電路設(shè)計(jì)規(guī)范

PAGEPAGE17FILENAME一次電源輔助電源硬件電路設(shè)計(jì)規(guī)范20050601硬件電路設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)范編碼：版本：V2.0密級(jí)：機(jī)密DCGLOBAL執(zhí)筆人：朱春輝頁(yè)數(shù)：共26頁(yè)輔助電源設(shè)計(jì)規(guī)范2002年7月30日發(fā)布2002年7月30日實(shí)施艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司

前言本規(guī)范于2002年7月30日首次發(fā)布；本規(guī)范起草單位：一次電源、研究管理部技術(shù)管理處；本規(guī)范執(zhí)筆人：朱春輝本規(guī)范主要起草人：朱春輝；本規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化審查人：林攀；本規(guī)范批準(zhǔn)人：曹升芳本規(guī)范修改記錄：2005-06-01

更改信息表版本更改原因更改說(shuō)明更改人更改時(shí)間V2.0補(bǔ)充部分內(nèi)容增加與規(guī)格書(shū)的聯(lián)系、增加低溫系列芯片等吳連日2005-06-01

目錄TOC\o\h\z摘要 6關(guān)鍵詞 61來(lái)源 62適用范圍 63滿足技術(shù)指標(biāo) 74設(shè)計(jì)原則與要求 85實(shí)現(xiàn)方案 85.1方案(拓?fù)?選擇 85.2反激變換器實(shí)現(xiàn)方式 86電路設(shè)計(jì) 96.1控制芯片的選擇 96.1.1控制芯片類型 96.1.2選擇方法 106.2384X的外圍電路設(shè)計(jì) 106.2.1振蕩電路 116.2.2基準(zhǔn)去耦 116.2.4軟啟動(dòng)電路 126.2.5電源去耦 126.3啟動(dòng)控制 126.4啟動(dòng)電路 136.4.1通用設(shè)計(jì) 136.4.2VCC不帶負(fù)載 146.4.3VCC同時(shí)有其它負(fù)載 146.5開(kāi)關(guān)頻率的確定 156.6電流采樣電路 156.7變壓器的設(shè)計(jì) 156.8開(kāi)關(guān)管及驅(qū)動(dòng)電路 166.9開(kāi)關(guān)管吸收與鉗位電路 176.10整流二極管 176.11整流二極管吸收電路 176.12輸出濾波電路 186.13后級(jí)穩(wěn)壓 186.14鉗位電路 186.15環(huán)路設(shè)計(jì) 186.15.1環(huán)路設(shè)計(jì)要求 186.15.2不隔離控制的環(huán)路設(shè)計(jì) 196.15.3隔離控制的環(huán)路設(shè)計(jì) 196.16短路保護(hù) 206.17輸入保護(hù) 206.18安規(guī)設(shè)計(jì)(包括光耦和變壓器短路) 216.18.1安規(guī)距離 216.18.2器件的安規(guī) 216.18.3滿足安規(guī)試驗(yàn)的要求 216.19EMC設(shè)計(jì) 216.19.1輸入EMI 216.19.2靜電 226.19.3輻射 226.19.4浪涌 226.20工藝與可生產(chǎn)性 226.20.1工藝 226.20.2可測(cè)試性 226.20.3容差設(shè)計(jì) 226.21其它 237電路調(diào)測(cè) 238經(jīng)驗(yàn)案例 248.1H1412M1的串聯(lián)電阻。 248.2PSM-A9啟動(dòng)失敗問(wèn)題 248.3PSM-A啟動(dòng)失敗問(wèn)題 248.4PSM-A10紋波問(wèn)題 258.5PSM-A和PSM-A93843-PIN3電壓超標(biāo) 258.6H6412Z的UC38C43損壞問(wèn)題 258.7HD4850的風(fēng)扇電源問(wèn)題 259元器件清單 2610附件清單 26

摘要輔助電源的功能是提供模塊內(nèi)的各級(jí)控制電路、各功能電路、監(jiān)控電路和功率模塊驅(qū)動(dòng)電路所需電源。其輸入電壓范圍一般較寬，并需滿足安規(guī)要求，輸出功率一般小于30W。本規(guī)范內(nèi)容總結(jié)了一次電源整流模塊輔助電源和監(jiān)控模塊輔助電源電路，參考了二次電源相關(guān)的CBB，確定了一次電源輔助電源的設(shè)計(jì)方法和關(guān)鍵要點(diǎn)。從器件選擇、工藝要求、單元電路等幾個(gè)層次作了規(guī)范，列舉常見(jiàn)問(wèn)題，附錄介紹了一次電源主要使用的輔助電源電路。關(guān)鍵詞反激式變換器：在開(kāi)關(guān)電源中有一類變換器，在功率管導(dǎo)通時(shí)，電感/高頻變壓器將電能變?yōu)榇拍軆?chǔ)存起來(lái)，功率管截止時(shí)，電感/高頻變壓器將原來(lái)儲(chǔ)存的磁能變?yōu)殡娔埽瑐鬟f給負(fù)載。這種變換器稱為反激式變換器。峰值電流型PWM控制：在脈寬比較器的輸入端直接用峰值電流信號(hào)與電壓誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行比較。在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期的開(kāi)始，功率管開(kāi)通，其電流上升，當(dāng)峰值電流信號(hào)達(dá)到電壓誤差放大器的輸出時(shí)，功率管關(guān)斷。它動(dòng)態(tài)特性好，能逐波限流。DCM：Discontinuecurrentmode電感電流不連續(xù)。CCM：Continuecurrentmode電感電流連續(xù)。1來(lái)源本規(guī)范中的電路來(lái)源于公司正在或曾經(jīng)大量生產(chǎn)的HD4820－5（H4412Z），HD4825-3（公司內(nèi)部型號(hào)為H6412Z），HD4850（公司內(nèi)部型號(hào)H1415Z），HD4850-2（公司內(nèi)部型號(hào)為H2415Z）HD48100（公司內(nèi)部型號(hào)H141AZ），HD4850（公司內(nèi)部型號(hào)H1415Z）（AC/DC模塊的PFC電路，和PSM－A，PSM－A9，PSM－A10的輔助電源，并參考了一次電源、二次電源和工業(yè)電源相關(guān)CBB、設(shè)計(jì)規(guī)范、測(cè)試規(guī)范等。2適用范圍是一次電源所有產(chǎn)品的輔助電源設(shè)計(jì)必須參考的規(guī)范。3滿足技術(shù)指標(biāo)對(duì)于所有一次電源整流模塊和監(jiān)控模塊的輔助電源或其它類的一次電源的輔助電源，均必須有相應(yīng)的輔助電源規(guī)格書(shū)。規(guī)格書(shū)內(nèi)容由輔助電源需求方與設(shè)計(jì)方共同討論決定，格式和具體條款按照《一次電源輔助電源規(guī)格書(shū)模板》要求進(jìn)行規(guī)定，并要經(jīng)過(guò)相應(yīng)的輔助電源專家、需求方成員、設(shè)計(jì)方成員、測(cè)試部人員、項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)組成的評(píng)審委員會(huì)開(kāi)會(huì)評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)。在輔助電源開(kāi)發(fā)過(guò)程中，如需要對(duì)輔助電源規(guī)格書(shū)的某些條款進(jìn)行更改，必須經(jīng)過(guò)需求方與設(shè)計(jì)方共同討論同意后，提交評(píng)審委員會(huì)評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)后方可進(jìn)行更改。項(xiàng)目開(kāi)發(fā)時(shí)建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)時(shí)必須有輔助電源規(guī)格書(shū)條款和相應(yīng)圖號(hào)，項(xiàng)目完成后，輔助電源規(guī)格書(shū)也必須進(jìn)行歸檔。任一輔助電源規(guī)格書(shū)中都必須有的項(xiàng)目為：輸入電壓范圍、輸出電壓整定值及波動(dòng)范圍、工作溫度和貯存溫度、紋波與噪聲、負(fù)載調(diào)整率、電壓調(diào)整率、開(kāi)機(jī)過(guò)沖、開(kāi)關(guān)機(jī)特性、輸出功率、輸出最小固定負(fù)載、輸出電流、交互調(diào)節(jié)特性、輸入瞬態(tài)沖擊電壓、環(huán)路穩(wěn)定性、成本與面積（體積）、安規(guī)、輸出短路、高低溫工作、高溫貯存、低溫貯存、恒定濕熱、高低溫循環(huán)、振動(dòng)、沖擊、跌落、運(yùn)輸、低氣壓、EMC等。其中高低溫工作、高溫貯存、低溫貯存、恒定濕熱、高低溫循環(huán)、振動(dòng)、沖擊、跌落、運(yùn)輸、低氣壓、EMC等項(xiàng)目應(yīng)與整機(jī)一致，隨整機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，輔助電源不單獨(dú)進(jìn)行此類試驗(yàn)。另外對(duì)于監(jiān)控模塊輔助電源，動(dòng)態(tài)響應(yīng)也應(yīng)列為必選項(xiàng)目，而對(duì)于整流模塊輔助電源，動(dòng)態(tài)響應(yīng)則為可選項(xiàng)目。有些電源指標(biāo)對(duì)于一般的輔助電源來(lái)說(shuō)不是很重要，除非有特別要求，故此類項(xiàng)目歸為可選項(xiàng)目，主要有如下項(xiàng)目：溫度系數(shù)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、容性負(fù)載、最大輸入電流、輔助電源開(kāi)關(guān)頻率、動(dòng)態(tài)輸入電壓、啟動(dòng)沖擊電流、效率、穩(wěn)壓精度、絕緣電阻、耐壓等。另外在些電源指標(biāo)和功能對(duì)于一般的輔助電源來(lái)說(shuō)是不作要求或沒(méi)有的，如果某個(gè)輔助電源對(duì)此類指標(biāo)有要求時(shí)，需要在輔助電源規(guī)格書(shū)中進(jìn)行特別規(guī)定。此類項(xiàng)目主要有：輸出電壓可調(diào)性、輸出電壓雜音、輸出電壓上升時(shí)間、輸出電壓開(kāi)機(jī)時(shí)間、啟動(dòng)延時(shí)時(shí)間、開(kāi)機(jī)/關(guān)機(jī)時(shí)的輸出電壓時(shí)序、音頻隔離度、輸入電壓過(guò)壓保護(hù)、輸出電壓過(guò)壓保護(hù)、輸入電壓欠壓保護(hù)、輸出電壓欠壓保護(hù)、輸出限流功能、過(guò)溫保護(hù)等。4設(shè)計(jì)原則與要求輔助電源必須按下列原則設(shè)計(jì)：（1）輔助電源設(shè)計(jì)首先要滿足相應(yīng)輔助電源規(guī)格書(shū)中各項(xiàng)指標(biāo)的要求，且輔助電源的可靠性必須高于主電路可靠性，故其各功率器件的降額幅度應(yīng)略大于主電路的功率降額幅度。。（2）輔助電源設(shè)計(jì)在滿足可靠性第一的要求同時(shí)，其它性能指標(biāo)以適用為主，不要求各性能指標(biāo)做得最精最好，而是要求輔助電源追求最低的綜合成本。（3）輔助電源的安規(guī)等級(jí)要與整機(jī)保持一致，輔助電源必須滿足整機(jī)相應(yīng)的安規(guī)要求，如不作特殊說(shuō)明應(yīng)滿足EN60950的要求。(4)輔助電源設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮對(duì)整機(jī)EMC性能的影響，對(duì)于監(jiān)控輔助電源，應(yīng)在輸入電路中加入EMC濾波網(wǎng)絡(luò)，并在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中對(duì)濾波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。5實(shí)現(xiàn)方案5.1方案(拓?fù)?選擇可以實(shí)現(xiàn)輔助電源功能的方案有很多種，包括反激變換器正激變換器取自主變繞組（僅用于整流模塊輔助電源）其中競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手SwitchtecR648的輔助電源取自主變，但目前不適合一次電源的使用。正激變換器一般用在功耗較大的輔助電源中。因此，反激變換器是一次電源目前首選的方案，如沒(méi)有特殊的要求，應(yīng)采用反激變換器方案。5.2反激變換器實(shí)現(xiàn)方式反激變換器工作原理在常用的開(kāi)關(guān)電源書(shū)中都有介紹，這里僅作簡(jiǎn)單說(shuō)明。反激變換器實(shí)現(xiàn)多路輸出穩(wěn)壓電壓框圖如圖1。環(huán)路控制一般采用電壓誤差放大控制峰值電流的方式。多路輸出的一路通過(guò)反饋而穩(wěn)定，其它路或者不穩(wěn)壓，或者加后級(jí)穩(wěn)壓(如三端穩(wěn)壓)。控制器件有兩類，一是以UC384X為代表，需要外加開(kāi)關(guān)管。一類以TopSwitch為代表，集成了控制芯片和開(kāi)關(guān)管，外圍電路簡(jiǎn)單。一次電源普通使用UC384X集成電路作控制器，并在二次電源、工業(yè)電源大量應(yīng)用，因此目前應(yīng)使用UC384X系列控制芯片或低溫系列芯片。圖1：反激式多路輸出變換器框圖6電路設(shè)計(jì)6.1控制芯片的選擇6.1.1控制芯片類型6.1.1.1幾種類型控制芯片對(duì)比(UC的芯片為例)UC384X系列有很多芯片，差別為電源電壓，最大占空比，啟動(dòng)電流等不同。啟動(dòng)電源電壓關(guān)斷電源電壓最大占空比UC384216(14.5-17.5)10(8.5-11.5)97%(95-100%)UC38438.4(7.8-9.0)7.6(7-8.2)97%(95-100%)UC384416(14.5-17.5)10(8.5-11.5)48%(47-50%)UC38458.4(7.8-9.0)7.6(7-8.2)48%(47-50%)注：設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意到電源電壓具有一定的范圍，例如UC3842的最高啟動(dòng)電可達(dá)到17.5V；UC3843的最高關(guān)斷電壓可達(dá)到8.2V。6.1.1.2注意不同后綴的芯片差別(以ST為例)UC3843為例，有UC3843、UC3843A，UC3843B三種版本，參數(shù)上有差別。例如，對(duì)啟動(dòng)電流，UC3843為0.5mA,最大1mA,而UC3843A和UC3843B為0.3mA,最大0.5mA。電壓誤差放大器輸出電流，UC3843為0.8mA，最小0.5mA。UC3843A和UC3843B為1mA，最小為0.5mA。注意不同廠商的參數(shù)差別。6.1.1.3注意同型號(hào)不同廠商的器件，參數(shù)可能有差別例如KA3843B和UC3843B（ST）的差別（部分）序號(hào)參數(shù)UC3843（ST）KA3843（FSC）1振蕩器振蕩頻率Tj=25度49＜52＜55KHz47＜52＜57KHz5最大占空比94%＜96%＜100%95%＜97%＜100%6耗電啟動(dòng)電流＜0.3mA＜0.5mA<0.45mA<1mA工作電流＜14mA＜17mA<12mA<17mA輸出吸收電流2＜12＜mA2＜7＜mA輸出提供電流-0.5＜-1＜mA-0.6＜-1＜mA6.1.1.4低溫系列的芯片全球系列的產(chǎn)品一般要求的環(huán)境溫度范圍較寬，溫度下限要求均超過(guò)-10℃以下，像全球監(jiān)控要求的溫度范圍就為-40℃∽+75℃，輔助電源所用的器件都要滿足溫度范圍要求，特別是主要功率器件和控制芯片均要采用低溫器件，像光耦、基準(zhǔn)源、MOSFET、PWM芯片等，目前公司現(xiàn)在器件平臺(tái)上低溫輔助電源用PWM芯片的主要參數(shù)如下表：型號(hào)工作環(huán)境溫度工作結(jié)溫Tj貯存溫度Tstg最大占空比UVLOON/OFF最大啟動(dòng)電流ISTART-UP最大工作電流IDDUCC28C43D-40℃to105℃150℃-65℃to150℃96%8.4V/7.6V100uA3mAMIC38C43B-40℃to85℃150℃-65℃to150℃96%8.4V/7.6V200uA6mAUC2843B-25℃to85℃150℃-65℃to150℃96%8.4V/7.6V0.5mA17mA其中UCC28C43和MIC38C43對(duì)應(yīng)系列為BiCMOS型芯片，UCC28C43X最高電源供電電壓為18V，MIC38C43X最高電源供電電壓為20V，UC2843X最高電源供電電壓為30V，設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)注意其它參數(shù)的不同。另不同后綴不同型號(hào)的參數(shù)均有變化，選型時(shí)要注意選取適合要求的芯片。6.1.2選擇方法對(duì)低電壓輸入的輔助電源，應(yīng)該用代電壓工作的UC3843/5或其改進(jìn)型（以下以3843/5也包括其改進(jìn)型）。例如，監(jiān)控電源如輸入電壓最低至18V，若選擇UC3842，最高啟動(dòng)電壓17.5V，不利于啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)。芯片電壓的選擇也取決于芯片工作時(shí)的電壓。例如，有些輔助電源芯片和其它電路共用電源，當(dāng)不希望使電路出現(xiàn)高于17.5V的電壓時(shí)，應(yīng)采用UC3483/5而不能采用UC3842/4對(duì)設(shè)計(jì)時(shí)不出現(xiàn)占空比＞50%的情況，應(yīng)該采用3844/5及其改進(jìn)型芯片，限定占空比有利于電流環(huán)的穩(wěn)定。 對(duì)于工作環(huán)境溫度低于-5℃以下的輔助電源，PWM脈寬調(diào)制芯片要選擇低溫系列的芯片。6.2384X的外圍電路設(shè)計(jì)圖26.2.1振蕩電路振蕩電路的參數(shù)根據(jù)工作頻率和手冊(cè)的公式確定。根據(jù)規(guī)格書(shū)的要求或設(shè)計(jì)需要確定振蕩頻率fs。先確定Ct后確定Rt。Ct值同時(shí)會(huì)影響最大占空比。另外，Ct過(guò)小易受干擾，不應(yīng)小于1000P，通常應(yīng)設(shè)計(jì)在2200P到4700P，最大占空比滿足要求時(shí)選較大的電容。同時(shí)，Ct容值的變化會(huì)影響振蕩頻率，應(yīng)采用精度不低于5%的電容，考慮溫度特性，應(yīng)選用NP0材質(zhì)的電容為佳。電阻Rt應(yīng)滿足降額，精度達(dá)到1%即可。圖36.2.2基準(zhǔn)去耦基準(zhǔn)的去耦電容是必須有的。其取值考慮兩方面的因素：對(duì)啟動(dòng)過(guò)程的影響去耦作用如C1過(guò)大，則VREF建立時(shí)間太慢，影響啟動(dòng)時(shí)序（二次電源有這方面案例）。如C1太小，則起不了去耦作用。推薦使用0.1UF的電容，不能大于1UF。PCB中，C1應(yīng)加在靠近VREF之處。6.2.3斜波補(bǔ)償當(dāng)占空比＞50%時(shí)，應(yīng)考慮使用斜波補(bǔ)償使電流環(huán)穩(wěn)定。圖4根據(jù)二次電源的應(yīng)用情況，推薦使用圖4所示的斜波補(bǔ)償電路。Q1使用高頻小功率三極管，根據(jù)我司的器件平臺(tái)，可選擇2N4401。R2是射隨電阻，確定三極管的偏置，通常取220歐。C2用于高頻耦合，使交流信號(hào)加到PIN3，一般取0.01UF。R1與PIN3的采樣電阻確定補(bǔ)償?shù)纳疃?。補(bǔ)償深度取決于采樣到的電感電流的變化率。也可以不接C2，形成直流補(bǔ)償。使用直流補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)注意可能對(duì)峰值限流點(diǎn)有較大影響，特別是在要求低溫較低的環(huán)境溫度時(shí)當(dāng)溫度最低、輸入電壓最小、輸出功率最大的情況下輔助電源能否正常工作，輸出是否進(jìn)行限流態(tài)。圖56.2.4軟啟動(dòng)電路軟啟動(dòng)電路的作用是使輸出脈寬逐步增加，避免對(duì)開(kāi)關(guān)管、變壓器有過(guò)大的沖擊。軟啟動(dòng)電路時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，容易使VCC電壓下降過(guò)多后電源才達(dá)到正常值，使電路產(chǎn)生不能啟動(dòng)的危險(xiǎn)。軟啟動(dòng)的時(shí)間取決于C3的值以及芯片COMP輸出的最大輸出電流，即PIN1（COMP）的輸出電流對(duì)C3充電到正常工作電壓的時(shí)間，當(dāng)PIN1還連接其它電路時(shí)，還要考慮這些電路的分流作用。通常C3取0.1UF。R3的作用時(shí)維持啟動(dòng)后C3上的高電壓，通常取100K。D1、D2用普通的二極管即可。插件一般用1N4148，如采用表貼器件，可以使D1D2在同一封裝中。6.2.5電源去耦VCC上除了接較大容量的電解電容外，還需有高頻去耦電容。一般采用0.1UF－1UF的電容。6.3啟動(dòng)控制一些輔助電源應(yīng)用中，可能需要控制輔助電源的是否工作。圖6該控制功能通過(guò)拉低軟啟動(dòng)的C3電容上電壓實(shí)現(xiàn)。如圖6，通過(guò)外部控制信號(hào)，當(dāng)需要輔助電源關(guān)機(jī)時(shí)，使Q2飽和導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)。Q2通常用2N4401。6.4啟動(dòng)電路6.4.1通用設(shè)計(jì)目前所用的輔助電源都需要有自舉功能。自舉電路必須確保在輔助電源應(yīng)該工作的所用條件能啟動(dòng)，包括集成電路參數(shù)、電容容量誤差、電阻精度等所有變化在內(nèi)。圖7圖7中D3輸入來(lái)自變壓器。啟動(dòng)過(guò)程為：Vin通過(guò)R4對(duì)C4和C1充電，當(dāng)VCC電壓達(dá)到芯片的啟動(dòng)電壓時(shí)，輔助電源啟動(dòng)，VCC電壓下降。然后，占空比逐漸增大，VCC電壓仍然下降，當(dāng)饋電支路提供能量逐漸增加并超過(guò)控制電路所需的能量時(shí)，VCC開(kāi)始上升，當(dāng)占空比達(dá)到正常工作時(shí)的占空比，VCC才能穩(wěn)壓在工作電壓上，因此前面軟啟動(dòng)電路中的C3不能過(guò)大，否則容易導(dǎo)致無(wú)法啟動(dòng)。啟動(dòng)過(guò)程與負(fù)載、輸入電壓、控制器COMP的最大輸出電流、C4、C3等多個(gè)參數(shù)有關(guān)，而這些參數(shù)都有一定的范圍或隨時(shí)間有一定變化。為確保電源能夠啟動(dòng)，應(yīng)留有足夠余量。目前要求在最惡劣條件下，VCC電壓的下降不大于芯片最小開(kāi)機(jī)電壓與最大關(guān)機(jī)電壓回差的1/3。要求在各種工作溫度范圍內(nèi)、輸入電壓全范圍內(nèi)、輸出負(fù)載全范圍內(nèi)輔助電源均應(yīng)能正常啟動(dòng)。圖中R4根據(jù)最低輸入電壓Vinmin、芯片的最高啟動(dòng)電壓Vstmax和控制芯片的最大啟動(dòng)電流Istmax設(shè)計(jì)：R4＜(Vinmin-Vstmax)/Istmax并注意Vinmin是指能加到R4的電壓，小于要求的輸入電壓值。最高啟動(dòng)電壓和最大啟動(dòng)電流應(yīng)按同編碼下不同器件中最大的來(lái)設(shè)計(jì)。并需一定裕量：對(duì)于直流輸入DC/DC整流模塊和監(jiān)控模塊的輔助電源的輸入電壓范圍應(yīng)比相應(yīng)模塊的輸入電壓范圍寬2Vdc~5Vdc。另外，給384X芯片供電的電壓一方面應(yīng)確保384X在任何應(yīng)該工作的情況不被關(guān)斷，另一方面要使驅(qū)動(dòng)的MOS管柵電壓不超過(guò)規(guī)定的要求。因此3843/5的供電電壓應(yīng)在11－16V范圍，3842/4的供電電壓應(yīng)取在14-16V6.4.2VCC不帶負(fù)載有些情況下，控制芯片的電源沒(méi)有其它負(fù)載，此時(shí)直接整流。但因負(fù)載小，受其它的影響很大，因此須在整流二極管上串聯(lián)電阻。電阻的阻值可根據(jù)VCC的電壓受負(fù)載影響確定，一般在10－30歐。圖8二極管的耐壓根據(jù)其承受的反壓確定，其它參數(shù)應(yīng)滿足降額要求。插件可用UG2D。輸入電壓＜70V輔助電源的根據(jù)耐壓可用BAV70（70V）、BAS21（200V/單管）、BAV23（200V/雙管）。6.4.3VCC同時(shí)有其它負(fù)載圖9當(dāng)控制芯片的那一路電源上同時(shí)有其它負(fù)載時(shí)，應(yīng)采用啟動(dòng)隔離的電路，使該部分不影響啟動(dòng)。如圖9，通過(guò)增加二極管D4實(shí)現(xiàn)，D4可用BYV26E。R6是必須的，目的是防止其它負(fù)載變化或輸入電壓變化對(duì)輸出電壓變化過(guò)大。其數(shù)值可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)。如果VCC2所帶負(fù)載很小，應(yīng)在D3上串聯(lián)電阻（參考圖8）來(lái)提高對(duì)VCC2對(duì)輸入電壓和負(fù)載變化的穩(wěn)定性。6.5開(kāi)關(guān)頻率的確定考慮到成本、體積、可靠性等因素，輔助電源的開(kāi)關(guān)頻率選擇在100KHZ－300KHZ比較合適。6.6電流采樣電路電流采樣器件有兩種，一種用電阻，一種用電流互感變壓器。在電流較大時(shí)為減小采樣的功耗，一般采樣電阻功耗大于0.5W時(shí)可使用電流互感器。兩種情況濾波電路的設(shè)計(jì)一樣的。圖10R8和C6對(duì)采樣電流濾波，目的濾了開(kāi)通瞬間引起的尖峰。但過(guò)大的時(shí)間常數(shù)不能使采樣電流及時(shí)響應(yīng)，因此設(shè)計(jì)要同時(shí)考慮兩方面的因素。對(duì)100K左右的關(guān)頻率，R8可使用470歐電阻，C6可使用220P電容，具體參數(shù)由調(diào)試確定。PCB上C6應(yīng)放在靠近PIN3的地方。采樣電阻R7確定了峰值限流點(diǎn)，選擇原則為：在所有需正常工作的條件下，輔助電源不能限流。通常較容易到限流點(diǎn)的條件是最低輸入電壓，最低工作溫度、最大負(fù)載。設(shè)計(jì)應(yīng)注意到一些容量因素，包括控制芯片限流點(diǎn)。對(duì)384X系列其限流誤差為±10%（Isen比較電壓為0.9-1.1V）?？紤]到其它因素的影響，實(shí)際應(yīng)留有20%以上的余量。R7采用1%精度金膜電阻，應(yīng)滿足降額要求。采用電流互感器的電路中，電流互感器統(tǒng)一采用1：100的互感器，公司有編碼09060001。D5應(yīng)采用開(kāi)關(guān)二極管，插件用1N4148，貼片用BAV70、BAW56。R9為幾百至幾K的電阻，通常為1k。6.7變壓器的設(shè)計(jì)目前開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品中所用的輔助電源，開(kāi)關(guān)頻率都大于100KHZ，并且電流的諧波成份大。變壓器的設(shè)計(jì)與通常的開(kāi)關(guān)變壓器的設(shè)計(jì)方法一樣。設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：――線徑在可行的工藝條件下盡量細(xì)，目前推薦使用0.1mm多股線或0.21mm線繞制，這是考慮到趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的作用。――變壓器最大電流應(yīng)以可能的最惡劣條件設(shè)計(jì)，可靠的最大電流是限流點(diǎn)。――應(yīng)考慮到滿足安規(guī)距離的占空比損失。――在滿足體積等差異的情況下，應(yīng)采用已大量應(yīng)用的磁芯和骨架，可降低成本。――反激變壓器一般有氣隙，應(yīng)注意氣隙有誤差，從而電感量應(yīng)考慮有10%的誤差。變壓器具體設(shè)計(jì)方法有多種，這里提供一種計(jì)算方法。假設(shè)已知條件：最大輸出功率：Po開(kāi)關(guān)頻率：f預(yù)計(jì)效率：n輸入電壓：Vinmin-VinmaxL(I2-I1)=D*T*Vin(1)平均輸入電流Iin＝(I2+I1)D/2式中D為占空比。因Vin*Iin=Pin因此，D（I2＋I(xiàn)1）/2=Pin/Vin？(2)由此得到：I2－I1＝DTVin/LI2+I1=2Pin/DVin式中占空比是最大占空比，為設(shè)計(jì)的已知值。如果是能量完全傳遞形式，I1＝0，可解出上式中的L和I2。如果能量不完全傳遞形式，電感量決定電感電流形式，需綜合選擇。實(shí)際情況下，對(duì)正常工作狀態(tài)，工作在DCM方式下更有利。一方面電感量減小，同時(shí)開(kāi)關(guān)管損耗減小。但對(duì)工作范圍很寬的輔助電源，可以在低輸入電壓時(shí)工作在能量不完全傳遞狀態(tài)(即CCM方式)，CCM方式占空比可超過(guò)50%（當(dāng)占空比超過(guò)50%時(shí)要采用斜坡補(bǔ)償電路。），這樣對(duì)寬輸入電壓范圍輸入上下限設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，否則會(huì)引起輸入上限時(shí)占空比接近與零的現(xiàn)象。設(shè)計(jì)變壓器時(shí)一定要考慮磁芯的最大磁通密度Bmax，一般情況下要求Bmax<0.2T，當(dāng)采用DCM模式時(shí)，Bmax=Brmax+ΔBmax,當(dāng)采用CCM模式時(shí),Bmax=Brmax+Bdcmax+ΔBmax/2。最終判斷設(shè)計(jì)是否合理的是實(shí)際工作時(shí)：線圈和磁芯的溫升滿足要求，磁通密度有適當(dāng)裕量，因此調(diào)試時(shí)應(yīng)注意這兩方面。6.8開(kāi)關(guān)管及驅(qū)動(dòng)電路輔助電源開(kāi)關(guān)管用MOS管，選擇的關(guān)鍵是滿足電流、電流、結(jié)溫、柵電壓等降額要求。目前的輔助電源，低輸入電壓通常用IRF640N，高輸入電壓用2N90（15060053）。MOS驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，柵極串聯(lián)幾歐到幾十歐的電阻。電阻過(guò)大效率降低，過(guò)小則易產(chǎn)生振蕩。一般用10歐左右比較合適。MOS管柵漏極須并聯(lián)一電阻，通常取10K。從使用經(jīng)驗(yàn)看，無(wú)須并聯(lián)穩(wěn)壓管。6.9開(kāi)關(guān)管吸收與鉗位電路圖11開(kāi)關(guān)管的吸收電路通常采用RCD吸收電路。如果尖峰仍不能達(dá)到要求，可再加RC吸收電路。二極管D5須滿足各項(xiàng)降額，選擇時(shí)要求主要考慮開(kāi)關(guān)速度和耐壓。D5的耐壓應(yīng)大于電源電壓＋C7電壓。在低輸入電壓的電源中用UG2D，在高輸入電的電源中用BYV26E，MUR1100。C7一般取較大的容值，一般為0.01UF－0.1UF。R10主要考慮功耗滿足降額要求。電路盡量采用調(diào)整RCD吸收參數(shù)達(dá)到吸收要求。如果必須再加RC吸收，R11和C8的時(shí)間常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)小于開(kāi)關(guān)周期，主要考慮用最小的功耗取得滿足要求的吸收效果。應(yīng)注意對(duì)MOS管功耗的影響。6.10整流二極管一般采用快恢復(fù)二極管，各路整流二極管主要考慮電流、電壓、結(jié)溫的降額。UG2D，BYV26A及其同編碼器件是這里常用的快恢復(fù)二極管，從SMALL設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，輔助電源輸出電壓電流較低時(shí)，可采用肖特基二極管，這對(duì)EMC有較大影響。6.11整流二極管吸收電路當(dāng)整流二極管尖峰不能滿足降額要求時(shí)，須采用吸收電路。一般都采用RC吸收電路。RC串聯(lián)電路并聯(lián)在圖12C9和R12的值主要通過(guò)調(diào)試確定。C9應(yīng)選擇高頻特性好的瓷片電容，R12用金膜電阻。主要考慮耐壓和功耗降額。6.12輸出濾波電路負(fù)載電流很小的輸出支路，例如僅供控制芯片工作的供電電路，可以用RC濾波。濾波電容主要考慮耐壓要求。電解電容一律采用105度的電容。負(fù)載電流較大的輸出支路，一般采用CLC的濾波電路方式。電解電容主要考慮紋波電流、耐壓及公司器件平臺(tái)要求。作為高頻濾波的電解電容一律采用圖13105度的高頻電容。在滿足紋波要求的情況下，L1應(yīng)盡量減小體積和成本。C11和C13采用0.1-1UF的電容。耐壓應(yīng)滿足降額要求。采用0.1UF/50V的電容因其量大而具有成本優(yōu)勢(shì)，應(yīng)盡量采用。6.13后級(jí)穩(wěn)壓在輸出電壓精度不滿足要求時(shí)，需要后級(jí)穩(wěn)壓。一般采用穩(wěn)壓集成電路，可根據(jù)需要選擇型號(hào)和封裝形式。使用中應(yīng)滿足穩(wěn)壓集成電路手冊(cè)規(guī)定的要求。盡量使用其手冊(cè)推薦電路。6.14鉗位電路有些輸出需要鉗位保護(hù)，目前都采用TVS管。使用時(shí)應(yīng)注意要最惡劣條件下，TVS只能流過(guò)很小的電流，否則容易損壞TVS管和前級(jí)電路。設(shè)計(jì)時(shí)注意TVS管穩(wěn)壓精度較差，必須留有足夠余量。一般要求最惡劣條件＊105%的電壓下，TVS管的電流＜1mA。最惡劣條件指：輸出最大，TVS管在工作溫度范圍內(nèi)可能的最小值。6.15環(huán)路設(shè)計(jì)6.15.1環(huán)路設(shè)計(jì)要求以4194環(huán)路測(cè)試儀測(cè)試結(jié)果作為判斷依據(jù)，要求在所有可能的正常工作條件下，30度<相位裕量<150度，增益裕量＞6dB?？赡艿墓ぷ鳁l件包括，工作溫度范圍，可能的負(fù)載變化（如風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變化、繼電器是否吸合等），正常工作的輸入電壓范圍，器件參數(shù)的范圍（如電解電容容量的偏差、工作頻率的漂移等）。通過(guò)環(huán)路穩(wěn)定輸出路，其負(fù)載不應(yīng)該很大的或快速的變化，否則容易影響其它路輸出，并使設(shè)計(jì)變得困難。6.15.2不隔離控制的環(huán)路設(shè)計(jì)通常采用控制芯片內(nèi)部基準(zhǔn)，環(huán)路控制簡(jiǎn)單。圖14根據(jù)現(xiàn)有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)384X芯片控制的電路，用在PIN1、2間接RC的方法都能得到穩(wěn)定的環(huán)路。R13的阻值過(guò)小時(shí)會(huì)惡化負(fù)載調(diào)載率。C14可用瓷片電容、金膜電容、片狀電容。C14過(guò)大時(shí)會(huì)影響輸出的動(dòng)態(tài)性能，可能形成較大的過(guò)沖。具體參數(shù)可通過(guò)測(cè)試調(diào)節(jié)。6.15.3隔離控制的環(huán)路設(shè)計(jì)通常采用431作為基準(zhǔn)和放大。圖15圖15是隔離控制的環(huán)路標(biāo)準(zhǔn)電路。在光耦前后都有補(bǔ)償電路，根據(jù)調(diào)試的結(jié)果，可以使用其中的一部分。R18的取值與穩(wěn)壓的電壓有關(guān)，取值主要考慮到431輸出最低電壓時(shí)，光耦副邊吸收的電流大于3843輸出電流的最大值，這里要考慮光耦傳輸比的容差，設(shè)計(jì)時(shí)以標(biāo)稱最小傳輸比的一半為依據(jù)。這是考慮到傳輸比還與溫度有關(guān)。光耦可采用常用的PS2701及同編碼器件。必須有安規(guī)認(rèn)證。R20和R21由穩(wěn)壓電壓值和基準(zhǔn)電壓值確定。R22、C16與R23、C17與濾波電路等參數(shù)有關(guān)，由調(diào)試實(shí)測(cè)確定。主要考慮的因素是相位裕量、增益裕量、開(kāi)機(jī)過(guò)沖、動(dòng)態(tài)響應(yīng)。6.16短路保護(hù)短路保護(hù)通過(guò)原邊限流自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，一般不增加電路。沒(méi)有后級(jí)穩(wěn)壓的電路中應(yīng)設(shè)計(jì)成電路能夠?qū)崿F(xiàn)打嗝保護(hù)。打嗝保護(hù)的基本原理是輸出任一路短路時(shí)，控制芯片的供電電壓低于關(guān)斷電壓，從而關(guān)斷控制，然后進(jìn)入下一輪的啟動(dòng)，并不停在啟動(dòng)和關(guān)斷狀態(tài)循環(huán)。實(shí)現(xiàn)打嗝保護(hù)的關(guān)鍵是短路時(shí)控制芯片的供電電壓應(yīng)能降低到關(guān)斷值以下，有兩種措施，對(duì)控制芯片獨(dú)立供電的，該路的整流二極管上串合適的電阻，阻值為10－30歐。對(duì)不獨(dú)立供電還有其它負(fù)載的，一般容易實(shí)現(xiàn)，如短路時(shí)該路電壓不能下降到控制芯片關(guān)斷電壓以下，可以加一定的死負(fù)載。對(duì)提供給用戶其它設(shè)備供電的輔助電源應(yīng)具有對(duì)任意負(fù)載保護(hù)的能力，且該路負(fù)載的異常不能影響輔助電源本身正常工作。6.17輸入保護(hù)輸入保護(hù)有兩種方法，一是用熔斷器，一是用電阻。在監(jiān)控電源都用保險(xiǎn)，在整流模塊的輔助電源中，都用串聯(lián)電阻。用熔斷器必須滿足降額和安規(guī)要求。串聯(lián)電阻的選擇原則是：在正常工作條件下不影響正常工作，功耗盡量?。辉贛OS短路時(shí)，該電阻能燒斷先于PCB燒斷。該電阻后不能接大容量的電容。否則當(dāng)輸入含有較大的諧波成分時(shí)，會(huì)使該電阻上產(chǎn)生較大的功耗而損壞該電阻。因此不能有＞0.1UF的電容。同時(shí)該電阻應(yīng)具有較好的抗沖擊能力，確保正常沖擊條件下不會(huì)損壞。一般用不小于2W/幾歐的電阻，具體阻值通過(guò)試驗(yàn)確定。根據(jù)H2415 系列的經(jīng)驗(yàn)，使用2W10(07010647)的電阻。為確保可靠性，盡可能使用2個(gè)2W10歐的電阻串聯(lián)。對(duì)監(jiān)控能由直流供電的設(shè)備，應(yīng)考慮防反接功能。該功能通過(guò)在端口接圖16二極管實(shí)現(xiàn)。目前的應(yīng)用條件，串聯(lián)一個(gè)1N5402二極管接在保險(xiǎn)后可滿足要求。6.18安規(guī)設(shè)計(jì)6.18.1安規(guī)距離在PCB布板時(shí)應(yīng)滿足PCB設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。6.18.2器件的安規(guī)所有采用的器件應(yīng)滿足安規(guī)要求，特別是光耦、保險(xiǎn)、電解電容等。6.18.3滿足安規(guī)試驗(yàn)的要求除了滿足安規(guī)距離，采用安規(guī)器件外，電路還應(yīng)滿足安規(guī)試驗(yàn)的要求，包括在光耦或變壓器任一繞組短路、開(kāi)關(guān)管GDS分別短路時(shí)，應(yīng)不出現(xiàn)起火爆炸等危險(xiǎn)。因此在設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)滿足這一要求。通常會(huì)有等效于開(kāi)環(huán)的情況出現(xiàn)，因而需要適當(dāng)?shù)拇胧?。方?：輸出鉗位。（PSM－A9）在某路輸出上加TVS管鉗位，環(huán)路斷開(kāi)時(shí)，使輸電壓鉗位在某一電壓，同時(shí)，設(shè)計(jì)上保證此時(shí)某些功率器件或其它不會(huì)爆炸起火的器件先損壞，從而達(dá)到不會(huì)使電解電容損壞的目的。一般加在通過(guò)采樣穩(wěn)定電壓的輸出上。方法2：提高電解電容耐壓，控制最大占空比（工業(yè)電源）如果各路的電解電容都足夠高，占空比又得到限制，即使開(kāi)環(huán)，電路的輸出電壓仍低于電解電容耐壓，也可以保證電解電容不爆炸。不同的輔助電源有很大差異，需通過(guò)試驗(yàn)確定。6.19EMC設(shè)計(jì)輔助電源EMC設(shè)計(jì)的總體要求是包括輔助電源的整機(jī)能滿足EMC要求。6.19.1輸入EMI圖17對(duì)于監(jiān)控電源和類似功能的輔助電源，推薦使用圖17的電路。當(dāng)該電路不能滿足要求時(shí)，可以改變電路參數(shù)達(dá)到要求。圖中C7、C8、C17、C18應(yīng)靠近整機(jī)的接地點(diǎn)。6.19.2靜電在某一路輸出中，如果使用要求接有Y電容時(shí)，Y電容上應(yīng)并聯(lián)10M的電阻。6.19.3輻射在靠近開(kāi)關(guān)管處，應(yīng)有Y電容接地。一般為1000P~4700P。6.19.4浪涌如果電源輸出可能接到整機(jī)或系統(tǒng)外面，該路應(yīng)加TVS管。6.20工藝與可生產(chǎn)性6.20.1工藝應(yīng)滿足通用的工藝設(shè)計(jì)要求。另外注意包括開(kāi)關(guān)變化的部分，包圍的面積應(yīng)盡可能的小。6.20.2可測(cè)試性PCB布板時(shí)，下列連接上應(yīng)有測(cè)試點(diǎn)：（1）各路輸出電壓（2）輸入電壓端（3）驅(qū)動(dòng)脈沖6.20.3容差設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中對(duì)下列器件或因素考慮到容差：（1）基準(zhǔn)電壓有精度范圍，并與溫度相關(guān)，影響輸出電壓。（2）采樣電阻一般有1%的精度范圍，影響輸出電壓。（3）電解電容影響電源啟動(dòng)，并對(duì)環(huán)路有影響。容量有較大的偏差，隨時(shí)間減小，隨溫度降低而減小。（4）光耦傳輸比有較大的容差范圍，并與溫度有關(guān)。（5）穩(wěn)壓器件有較大的精度范圍，并和溫度、電流有關(guān)。（6）控制芯片啟動(dòng)和關(guān)斷電壓有較大的變化范圍。電流環(huán)比基準(zhǔn)，一般有正負(fù)10%的變化。影響限流點(diǎn)VOMP電壓，有一倍的容差，影響環(huán)路。（7）交叉調(diào)整和輸入調(diào)整使不穩(wěn)壓的輸出路有一定的變化。設(shè)計(jì)時(shí)，盡量把需要的中心值由典型值得到。6.21其它7電路調(diào)測(cè)調(diào)試要點(diǎn)(以下內(nèi)容必須包含在調(diào)試過(guò)程中)下列參數(shù)和波形必須在調(diào)試中測(cè)試，并用應(yīng)該在最高輸入電壓，最低輸入電壓、最大負(fù)載和最小負(fù)載的組合及額定條件下測(cè)試。（1）工作狀態(tài)確定電源工作狀態(tài)的參數(shù)：開(kāi)關(guān)頻率，原邊電流波形。通過(guò)原邊電源驗(yàn)算變壓器的工作狀態(tài)。（2）環(huán)路性能用4194測(cè)試環(huán)路性能。首先使環(huán)路達(dá)到設(shè)計(jì)要求。（3）輸出電壓質(zhì)量測(cè)量輸出電壓精度是否滿足要求。測(cè)量峰峰值應(yīng)滿足要求。要求＜200mV。小5V輸出的要求＜100mV。（3）動(dòng)態(tài)性能可能的變化條件下，輸出電壓的變動(dòng)是否滿足設(shè)計(jì)要求。啟動(dòng)過(guò)沖需要專門(mén)的測(cè)試。（4）降額。MOS管驅(qū)動(dòng)波形，DS波形及溫升，是否滿足降額要求。整流二極管的電壓波形及溫升，是否滿足降額要求。光耦及其它器件降額是否滿足要求。電阻的功耗可以通過(guò)計(jì)算得到。變壓器和電感的溫升是否符合要求。（5）軟啟動(dòng)過(guò)程判斷軟啟動(dòng)是否可靠，是否足夠裕量。（6）控制芯片工作狀態(tài)如果是384X，應(yīng)測(cè)量其振蕩、輸出、采樣等管腳的輸入電壓是否滿足控制芯片手冊(cè)規(guī)定的要求。（7）保護(hù)功能測(cè)試各路負(fù)載短路10S內(nèi)，輔助電源應(yīng)能恢復(fù)工作。有長(zhǎng)時(shí)間短路保護(hù)功能的應(yīng)測(cè)試長(zhǎng)時(shí)間保護(hù)功能。在低于最低輸入的電壓下，測(cè)試各種負(fù)載時(shí)輔助電源是否損壞。（8）安規(guī)性能測(cè)試測(cè)試光耦、變壓器的各繞組短路時(shí)，是否有爆炸起火現(xiàn)象。測(cè)試MOS管的GDS分別短路時(shí)，是否有爆炸起火現(xiàn)象。（9）EMC性能測(cè)試