開關(guān)電源適配器元件及設(shè)計之反激 | |||||||||||||||||||||||
PCB板的布局在很大程度上決定了電源的性能。PCB板的布局應(yīng)考慮EMC、安規(guī)、散熱、可維修性和可生產(chǎn)性等問題。 那么個EMC問題: 開關(guān)電源的噪聲源主要是功率開關(guān)管、整流管。減小噪聲的盡量是減小噪聲源的環(huán)路面積。電路拓撲如果采取單端反激電路,其主要的開關(guān)噪聲源分為差模和共模。差模存在于兩個回路,即輸入濾波電解電容→變壓器初級繞組→開關(guān)管→采樣電阻→輸入濾波電解電容,變壓器次級繞組→輸出整流二極管→輸出濾波電解電容→變壓器次級繞組。這兩個回路是功率變換的核心主電路,同時也是差模噪聲的主要來源,在布板時應(yīng)盡可能地保證這兩個回路所包圍的面積小化。合理地控制噪聲源有助于花較小的EMC濾波的代價取得良好的EMC效果。共模噪聲主要產(chǎn)生在功率管關(guān)斷器件,集電極的電壓急劇變化,使其與散熱器的耦合電容通過位移電流,從而產(chǎn)生共模噪聲,或者耦合到變壓器副邊,再到機殼形成共模噪聲??梢栽诠β使芑蜉敵稣鞴芨浇覻電容來減小共模噪聲,Y電容接地的銅線盡可能的粗和短。 開關(guān)電源的噪聲源產(chǎn)生于功率回路,如果功率地和控制地共用地會導(dǎo)致功率電路產(chǎn)生的噪聲耦合到控制電路中,不利于抑制噪聲,而且也容易引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。通常功率電路和控制電路應(yīng)保持一點接地。 PCB的布局對電源的EMI有決定性的影響。電源板的布局要考慮的因素有:功率的流向簡潔明了,功率電路應(yīng)避免迂回交錯,回路面積盡可能小,電感、變壓器的下方不走線;功率電路與控制電路分別放置,強電信號與弱信號分開,高頻信號與其他易干擾電路分開;初級電路和次級電路的分隔明了,保持適當(dāng)安規(guī)距離等等。為了減小電源的EMI,通常都在電源的適當(dāng)位置放置電感和電容等無源器件進行噪聲處理。為了保證電容的濾波效果,在功率回路布線時應(yīng)使電流盡可能從電容流過,而不能簡單地對相同的節(jié)點采取鋪大面積銅皮的方法。 PCB布板的第二個問題:安規(guī)問題 一次側(cè)和二次側(cè)的電路分開布局,二者保持一定距離;一次側(cè)和二次側(cè)的隔離帶寬度應(yīng)滿足安規(guī)要求;器件之間的絕緣距離和爬電距離應(yīng)符合根據(jù)其工作電壓查出的安規(guī)距離;在對人體有可能造成傷害的地方加上危險標(biāo)志;變壓器的層間加絕緣;采用符合安規(guī)的器件等等。 PCB布板的第三個問題:散熱、可維修性和可生產(chǎn)性 在布局時考慮發(fā)熱器件和熱敏元件的距離符合工藝要求,功率管的損耗大小決定是否加散熱器等等。根據(jù)電源模塊的散熱方式,整體布局有利于散熱。同時考慮電源的可維修性,加上適當(dāng)?shù)臏y試點,考慮拆卸元件的便利。了解PCB板加工工藝水平,考慮其生產(chǎn)性。 輸入側(cè)的個安規(guī)元件—保險管的設(shè)計和考量: 保險管的作用主要是過流保護,是在電路發(fā)生故障情況下,熔斷切斷電路,避免故障擴大。其原理是:當(dāng)電流流過保險管時,保險管內(nèi)金屬熔體發(fā)熱,當(dāng)電流小于額定電流時,熔體的溫度低于熔點;當(dāng)電流大于額定電流,熔體溫度超過熔點而導(dǎo)致融化。 那么基于保險管的以上基本作用,我們在設(shè)計的時候需要考量的參數(shù)有保險管的額定電壓、電流的要求。 額定電壓是指其滅弧能力,正常工作時其兩端可以認為沒有電壓的(很小),但如果其被燒斷后就有輸入電壓加在上面,此時保險絲不能跳火,這就是額定電壓的概念。 額定電流是指它保證壽命的正常電流。 除此之外,保險絲還有一個參數(shù),I2t,是指引起保險絲融化的能量,但這是一個短時間的概念,不是長時間的,在很短的時間內(nèi),如10mS,保險絲的熱量是基本上傳不出去的,只有在它上面消耗掉,達到I2t的值就會融化。從這個參數(shù)看到,時間越短,允許的電流就越大。 保險管的計算方法 0.6為不帶功率因數(shù)校正的功率因數(shù)估值,假如有功率因數(shù)校正電路此值取0.98左右。 Po輸出功率 η 效率(設(shè)計的評估值) Vinmin 小的輸入電壓 2為經(jīng)驗值,在實際應(yīng)用中,保險管的取值范圍是理論值的1.5~3倍。 工作電壓 在壞的情況下以及在故障情況下,保險管熔斷后兩端電壓必須滿足下表:
交流保險管與直流保險管一般不能相互替代,僅當(dāng)在電壓低于直流60V時,一般才可以用125V以上交流保險管。對于帶熔斷報警的保險管,需要注意其低使用電壓。
短使工作區(qū)是指連續(xù)工作時間不大于10min的工作區(qū)域,通常應(yīng)用與對過載能力有時間限制的場合。 當(dāng)保險管使用的環(huán)境高于40度,需要考慮溫度對額定電流的影響,進行額外降額。不同類型的保險管降額不同;通常對于慢熔斷類型保險管,環(huán)境溫度每升高10度,需要再降額5%;對于快熔斷類型保險管,環(huán)境溫度升高10度,降額1.5%。 保險管一般不并聯(lián)使用,在特殊情況下,當(dāng)保險管并聯(lián)使用時,考慮到電流的不均勻分布,額定電流需要再有額外的85%的降額。 對于半導(dǎo)體保護用熔斷器(SEMICONDUCTOR FUSE,HIGH SPEED FUSE),其額定電流按UL標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品進行降額。當(dāng)溫度高于40度,環(huán)境溫度每升高10度,需要在降額5%;如果熔斷器使用的是玻璃纖維管(BIBER TUBE),還需要額外有80%的降額。 對于持續(xù)時間小于60S的過載電流,半導(dǎo)體熔斷器可以根據(jù)產(chǎn)品的時間—電流曲線進行降額,大過載電流應(yīng)該小于60%It,It是從時間—電流曲線上查得的,過載持續(xù)時間t對應(yīng)的熔斷電流。
保險絲有快融,正常,慢融幾種形式。雖然額定電流都是10A,但其I2t是不一樣的,慢融的在一定時間內(nèi)允許通過很大的電流,也就是抗浪涌能力強。很明顯,開關(guān)電源開機瞬間有很大的浪涌電流,過浪涌實驗時的浪涌電流更大,一般選慢融的保險絲,我們的開關(guān)電源都有過載保護的,當(dāng)副邊短路的時候,瞬間的電流時很大的,開關(guān)電源會進入短路保護的狀態(tài)下,如果選用的是快融的保險絲的話,那么很可能在這瞬間保險絲就燒掉了的,我們知道保險絲是在開關(guān)電源損壞的狀態(tài)下,比如MOS擊穿了,為了避免故障的進一步擴大化,這個時候需要去熔斷保險絲的,不然又可能會發(fā)生火災(zāi)的。
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| 發(fā)布時間:2017.04.18 來源:世紀(jì)電源網(wǎng) |
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