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AC-DC電源設(shè)計(jì)實(shí)踐分享
來源:硬件十萬個(gè)為什么 | 作者: | 發(fā)布時(shí)間: 2020-09-22 | 3952 次瀏覽 | 分享到:
對(duì)于輸入電壓范圍寬,輸出功率在150W以下,性價(jià)比高以及效率高的場(chǎng)合,一般都會(huì)選擇反激式開關(guān)電源。一般的家用電器中的電源模塊,例如面包機(jī)、洗碗機(jī)、電飯煲等都是采用反激式開關(guān)電源的方式實(shí)現(xiàn),手機(jī)充電器中的電源模塊絕大多數(shù)也是采用反激式開關(guān)電源的方案來實(shí)現(xiàn)。所謂反激式開關(guān)電源,是指當(dāng)變壓器的初級(jí)線圈正好被直流電壓激勵(lì)時(shí),變壓器的次級(jí)線圈沒有向負(fù)載提供功率輸出,而僅在變壓器初級(jí)線圈的激勵(lì)電壓被關(guān)斷后才向負(fù)載提供功率輸出,這種變壓器開關(guān)電源稱為反激式開關(guān)電源。

AC-DC電源設(shè)計(jì)實(shí)踐分享

目錄

1 引言

2 元件選型

3 變壓器的設(shè)計(jì)

4 反饋環(huán)路的設(shè)計(jì)

5  PCB布局及走線

6 電路板調(diào)試經(jīng)驗(yàn)

引言

開關(guān)電源可以有很多種不同的分類,DCDC的電路拓?fù)溆蠦UCK、BOOST、BUCK-BOOST。用于AC-DC的電源拓?fù)洌话阌姓な介_關(guān)電源、反激式開關(guān)電源、半橋式開關(guān)電源以及全橋式開關(guān)電源等等。

對(duì)于輸入電壓范圍寬,輸出功率在150W以下,性價(jià)比高以及效率高的場(chǎng)合,一般都會(huì)選擇反激式開關(guān)電源。一般的家用電器中的電源模塊,例如面包機(jī)、洗碗機(jī)、電飯煲等都是采用反激式開關(guān)電源的方式實(shí)現(xiàn),手機(jī)充電器中的電源模塊絕大多數(shù)也是采用反激式開關(guān)電源的方案來實(shí)現(xiàn)。所謂反激式開關(guān)電源,是指當(dāng)變壓器的初級(jí)線圈正好被直流電壓激勵(lì)時(shí),變壓器的次級(jí)線圈沒有向負(fù)載提供功率輸出,而僅在變壓器初級(jí)線圈的激勵(lì)電壓被關(guān)斷后才向負(fù)載提供功率輸出,這種變壓器開關(guān)電源稱為反激式開關(guān)電源。

本次需要設(shè)計(jì)一個(gè)輸出電壓5V/13A的電源,采用的就是反激式開關(guān)電源。

 

元件選型

本次5V/13A電源模塊選擇的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是反激式開關(guān)電源,對(duì)于設(shè)計(jì)一款電源電路來說,首先是要選擇一款電源管理芯片,然后是設(shè)計(jì)變壓器和反饋電路部分,最后是電路板的上電調(diào)試。隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展,電源管理芯片做的也是越來越好。現(xiàn)在設(shè)計(jì)一款開關(guān)電源只需要選好電源芯片,然后按照芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)把電路搭出來其基本工作就完成了一半,接下來就是調(diào)試電源的各項(xiàng)參數(shù)了,不像以前集成電路技術(shù)不是很成熟的時(shí)候,那時(shí)還沒有電源管理芯片,需要自己用三極管等元件搭建電源芯片所實(shí)現(xiàn)的功能電路。

電源芯片選擇:

本次選用的電源芯片是MPS廠家的HFC0500。HFC0500是一款具有內(nèi)部斜率補(bǔ)償?shù)墓潭l率電流模式控制器。在輕負(fù)載時(shí),控制器會(huì)限制峰值電流并將其開關(guān)頻率降到25KHZ,以提供出色的輕載效率。在非常輕的負(fù)載下,控制器進(jìn)入突發(fā)模式以實(shí)現(xiàn)非常低的待機(jī)功耗。控制器提供頻率抖動(dòng),有助于消散傳導(dǎo)噪聲產(chǎn)生的能量。控制器采用過功率補(bǔ)償功能,縮小低壓線和高壓線之間過功率保護(hù)點(diǎn)的差異。HFC0500控制器具有多重保護(hù)功能,具體包括熱關(guān)斷(TSD)、VCC欠壓鎖定(UVLO)、過載保護(hù)(OLP)、過壓保護(hù)(OVP)以及欠壓保護(hù)。控制器在正常負(fù)載時(shí)的驅(qū)動(dòng)頻率為65KHZ,功率耗散為1.3W。控制器的引腳精簡(jiǎn),外圍電路簡(jiǎn)單。適用于小型和大型的AC / DC電源家電,用于筆記本電腦,平板電腦和智能手機(jī)的AC / DC適配器,離線電池充電器以及液晶電視和顯示器供電。如圖1所示為HFC0500的頂部視圖。

1 HFC0500視圖

輸入共模電感的選擇:

共模電感是一個(gè)以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件,它由兩個(gè)尺寸相同,匝數(shù)相同的線圈對(duì)稱地繞制在同一個(gè)鐵氧體環(huán)形磁芯上,形成一個(gè)四端器件,要對(duì)于共模信號(hào)呈現(xiàn)出大電感具有抑制作用,而對(duì)于差模信號(hào)呈現(xiàn)出很小的漏電感幾乎不起作用。原理是流過共模電流時(shí)磁環(huán)中的磁通相互疊加,從而具有相當(dāng)大的電感量,對(duì)共模電流起到抑制作用,而當(dāng)兩線圈流過差模電流時(shí),磁環(huán)中的磁通相互抵消,幾乎沒有電感量,所以差模電流可以無衰減地通過。電源噪聲是電磁干擾的一種,其傳導(dǎo)噪聲的頻譜大致為10kHz~30MHz,最高可達(dá)150MHz。根據(jù)傳播方向的不同,電源噪聲可分為兩大類:一類是從電源進(jìn)線引入的外界干擾,另一類是由電子設(shè)備產(chǎn)生并經(jīng)電源線傳導(dǎo)出去的噪聲。這表明噪聲屬于雙向干擾信號(hào),電子設(shè)備既是噪聲干擾的對(duì)象,又是一個(gè)噪聲源。若從形成特點(diǎn)看,噪聲干擾分串模干擾與共模干擾兩種。串模干擾是兩條電源線之間(簡(jiǎn)稱線對(duì)線)的噪聲,共模干擾則是兩條電源線對(duì)大地(簡(jiǎn)稱線對(duì)地)的噪聲。因此,電磁干擾濾波器應(yīng)符合電磁兼容性(EMC)的要求,也必須是雙向射頻濾波器,一方面要濾除從交流電源線上引入的外部電磁干擾,另一方面還能避免本身設(shè)備向外部發(fā)出噪聲干擾,以免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設(shè)備的正常工作。此外,電磁干擾濾波器應(yīng)對(duì)串模、共模干擾都起到抑制作用。

大部分電路設(shè)計(jì)中,共模電感的取值通常是5-33mH,典型值是10-33mH,也可根據(jù)共模電感的計(jì)算公式計(jì)算出電感量的最小值。

Xl為頻率為f時(shí)的阻抗值。本次選擇的是33mH/3A的共模電感。

輸入濾波電容的選擇:

對(duì)于輸入濾波電容的選擇介紹的是,經(jīng)過整流橋后的濾波電容。220V/50HZ的交流市電,經(jīng)過整流橋后變成了‘饅頭波’,很顯然這個(gè)沒有經(jīng)過電容濾波的電壓是不能給后面負(fù)載用的。整流橋后的電容把‘饅頭波’變成了直流電壓,濾波電容在這里相當(dāng)于一個(gè)大水缸,起到濾波和儲(chǔ)能的作用。這個(gè)電容一般會(huì)選擇一個(gè)大的鋁電解電容用來儲(chǔ)能以及濾除低頻干擾,再并聯(lián)上一個(gè)小的CBB電容用來濾除高頻干擾也可以降低輸入的阻抗值。鋁電解電容的大小一般是按照輸入功率來選擇的2uF/W,一般會(huì)留有2倍的余量。由于市電經(jīng)過整流橋后的電壓高達(dá)370V,所以選擇的電容耐壓值要大于這個(gè)值。本次選擇的是100uF/400V的鋁電解電容。

 

主開關(guān)管的選擇:

在選擇主開關(guān)管的時(shí)候,首先要考慮的是開關(guān)管的漏源之間的耐壓值以及開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的耐流值;其次考慮開關(guān)管的開通速度、導(dǎo)通電阻以及有無反向二極管;最后還要考慮開關(guān)管的封裝、散熱以及價(jià)格等。開關(guān)管的耐壓值是通過輸入直流電壓和開關(guān)管關(guān)斷時(shí)變壓器次級(jí)反射到初級(jí)的電壓疊加確定的。輸入直流電壓為330V,次級(jí)反射電壓定在100V,考慮到變壓器漏感引起的尖峰50V,那么所選擇的開關(guān)管的漏源之間的耐壓值至少要500V。開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)流過的電流就是變壓器初級(jí)流過的電流,變壓器初級(jí)電流的大小與次級(jí)電流以及變比有關(guān)。開關(guān)管的開通和關(guān)斷速度和開關(guān)管的寄生電容值有關(guān)。一般會(huì)選擇寄生電容值小的,但是有時(shí)也會(huì)考慮選擇寄生電容值大的,這種情況是把寄生電容作為一個(gè)參數(shù)以實(shí)現(xiàn)電路的軟開關(guān)動(dòng)作。選擇導(dǎo)通電阻小的是為了減少開關(guān)管的功耗。

在選擇開關(guān)管的時(shí)候并不是一定要各項(xiàng)參數(shù)都很好的管子,因?yàn)殚_關(guān)管的參數(shù)越好其價(jià)格也是越貴的,有些開關(guān)管的供應(yīng)也不是很充足,選擇一個(gè)合適的開關(guān)管就行了,各項(xiàng)參數(shù)留有一定的余量。本次選擇的開關(guān)管型號(hào)是SMK0765,其漏源耐壓值為650V,能通過7A的電流以及能承受28A的脈沖電流,導(dǎo)通電阻為1.2W(這個(gè)值有點(diǎn)大了,可以后續(xù)更換掉這顆開關(guān)管,換成導(dǎo)通電阻更小的開關(guān)管),上升時(shí)間、上升延遲時(shí)間、下降時(shí)間以及下降延遲時(shí)間都小于30ns。

 

反饋元件的選擇:

反饋元件主要是光耦和431的選擇,光耦要選擇線性光耦,431在選擇的時(shí)候要注意431的參考電壓是多少(有1.25V的也有2.5V的)。開關(guān)電源的光耦主要是隔離、提供反饋信號(hào)和開關(guān)作用。開關(guān)電源電路中光耦的電源是從高頻變壓器次級(jí)電壓提供的,當(dāng)輸出電壓低于穩(wěn)壓管電壓時(shí)給信號(hào)光耦接通,加大占空比,使得輸出電壓升高;反之則關(guān)斷光耦減小占空比,使得輸出電壓降低。一旦高頻變壓器次級(jí)負(fù)載超載或開關(guān)電路有故障,就沒有光耦電源提供,光耦就控制著開關(guān)電路不能起振,從而保護(hù)開關(guān)管不至被擊穿燒毀。TL431是TI公司生產(chǎn)的一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref(2.5V)到36V范圍內(nèi)的任何值。

本次選擇的光耦是EL1018,正向電流有60mA,正向電壓1.5V。EL1018具有超高的爬電距離:大于8mm,符合最新安規(guī)5000米海拔要求;絕緣電壓可達(dá)5Kvrms,符合最新安規(guī)5000米海拔要求;超低輸入啟動(dòng)電流(1mA),超低功耗驅(qū)動(dòng);符合最新的所有安規(guī)及環(huán)保要求。

本次選擇的TL431的參考電壓為2.5V。

 

同步整流元件的選擇:

同步整流是采用通態(tài)電阻極低的功率MOSFET取代整流二極管以降低損耗的一項(xiàng)新技術(shù)。它能顯著提升轉(zhuǎn)換效率,并可利用其二次側(cè)的優(yōu)勢(shì)改善電源指標(biāo),符合開關(guān)電源小型化、高能效、智能化的發(fā)展趨勢(shì)。由于本次輸出的電流比較大,所以考慮采用同步整流技術(shù)。同步整流從拓?fù)浣嵌壬峡矗梢苑譃镠igh side和Low side。High side方式整流開關(guān)管參考地和輸出地分開,EMC較好。Low side方式整流開關(guān)管參考地和輸出地共地,EMC稍差。本次采用High side的方式實(shí)現(xiàn)同步整流。同步整流開關(guān)管選擇要考慮導(dǎo)通時(shí)開關(guān)管承受的電流,導(dǎo)通電阻以及漏源之間的耐壓值。本次選擇的開關(guān)管是SIR870ADP,導(dǎo)通時(shí)能夠承受60A的電流,導(dǎo)通電阻為7mW,漏源之間的耐壓值為100V。驅(qū)動(dòng)SIR870ADR的同步整流芯片選擇的是MP6908。

 

3 變壓器的設(shè)計(jì)

變壓器設(shè)計(jì)首先考慮的是所設(shè)計(jì)出來的變壓器在任何時(shí)刻都不能夠飽和,其次是變壓器實(shí)現(xiàn)功率變換的功能,然后考慮的是變壓器的耦合程度、功耗、散熱以及體積等。變壓器不能夠飽和的原因是如果變壓器飽和了,那么變壓器就失去了抑制電流的作用,此時(shí)變壓器中的線圈相當(dāng)于一根導(dǎo)線,這會(huì)導(dǎo)致電路發(fā)生短路的危險(xiǎn)。

變壓器的設(shè)計(jì)步驟一般是確定原副邊匝數(shù)比、確定原邊和副邊的匝數(shù)、確定繞組的導(dǎo)線線徑、確定繞組的導(dǎo)線股數(shù)、核算窗口面積。一般使用AP法來確定變壓器的磁芯和骨架。其實(shí)每個(gè)芯片廠商都有提供變壓器設(shè)計(jì)表格,只要我們把輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)確定好,設(shè)計(jì)表格會(huì)自動(dòng)計(jì)算AP的值,然后根據(jù)AP的值來選擇合適的變壓器磁芯和骨架,設(shè)計(jì)表格會(huì)自動(dòng)根據(jù)所選的變壓器磁芯和骨架來計(jì)算匝比、繞組匝數(shù)、線徑以及股數(shù)。有時(shí)候也需要根據(jù)實(shí)際情況來更改些參數(shù),比如線徑、繞組匝數(shù)。對(duì)于次級(jí)輸出大電流的場(chǎng)合,要根據(jù)實(shí)際需要將導(dǎo)線改成銅箔。用銅箔來代替導(dǎo)線時(shí)要注意,銅箔的寬度要基本覆蓋骨架的窗口高,這樣可以減小電磁干擾。在繞制導(dǎo)線和銅箔的時(shí)候要注意,采用‘三明治’繞法,導(dǎo)線繞制要均勻緊致,要恰好繞滿每一層,不要只繞半層等等,這樣有利于減小漏感,銅箔繞制的時(shí)候也一樣,同一個(gè)線圈不需要墊絕緣膠紙,但是不同的線圈之間需要墊絕緣膠紙以及銅箔的每一層都需要墊絕緣膠紙。變壓器在做好后還需要測(cè)量電感量以及漏感,一般測(cè)量初級(jí)的電感量就行了,漏感需要每個(gè)線圈都測(cè)量。變壓器的具體設(shè)計(jì)參數(shù)會(huì)放在同一個(gè)文件夾下。如圖2所示為本次繞制的變壓器。

2 變壓器視圖

反饋環(huán)路的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)一款開關(guān)電源的時(shí)候,有幾個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)需要多留心關(guān)注,例如變壓器設(shè)計(jì)、反饋環(huán)路設(shè)計(jì)、濾波電路設(shè)計(jì)以及PCB布局走線等。其中反饋環(huán)路電路設(shè)計(jì)的優(yōu)劣決定著輸出穩(wěn)定的重要因素。為什么需要反饋環(huán)路?根據(jù)開關(guān)電源中的計(jì)算公式可知輸出電壓或者輸出電流,一般都跟變壓器匝比,輸入直流電壓以及開關(guān)管的占空比有關(guān),當(dāng)然還有些其它的干擾(這個(gè)是次要的)。如果輸入直流電壓是恒定不變的,以及負(fù)載也是恒定不變得,那么此時(shí)反饋環(huán)路就沒起多大的作用。但是輸入直流電壓不會(huì)是恒定不變的,負(fù)載也不是恒定不變的,還有外加干擾是任何時(shí)候都有的,在這種情況下反饋環(huán)路就顯得尤其重要。反饋環(huán)路可以可以使輸出保持良好的調(diào)整性能,也就是說增強(qiáng)電路的抗擾動(dòng)能力。可以這么來說,開關(guān)電源反饋環(huán)路的作用有兩個(gè),一個(gè)是起到調(diào)節(jié)控制電壓的作用,通過環(huán)路反饋控制脈沖電壓的占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓;另一個(gè)是起到保護(hù)作用,一旦輸出電流過大,通過環(huán)路反饋控制可以限流或者切斷電壓輸出。

反饋環(huán)路設(shè)計(jì)的好壞可以通過測(cè)試反饋電路的波特圖可以知道,一般來說都是看相位裕量。所設(shè)計(jì)出來的反饋環(huán)路的響應(yīng)速度不能太慢也不能太快。如果響應(yīng)速度太慢,輸出會(huì)過沖(或者下沖)。若響應(yīng)速度太快(過度的),輸出可能激烈波動(dòng),甚至導(dǎo)致完全不穩(wěn)定(振蕩)。反饋環(huán)路的設(shè)計(jì)方法一般有PI、PID、積分電路等幾種。基本這些方法都是些電阻、電容和運(yùn)放共同組成的網(wǎng)絡(luò),設(shè)計(jì)的時(shí)候需要根據(jù)輸出參數(shù),按照公式來計(jì)算出電阻值和電容值。但是計(jì)算出來的結(jié)果也只是大概的參數(shù)值,再加上元件值的精度問題,在實(shí)際的調(diào)試過程中,往往需要適當(dāng)?shù)男拚娮柚岛碗娙葜怠R部梢圆皇謩?dòng)計(jì)算反饋環(huán)路的參數(shù)值,因?yàn)樾酒瑥S家已經(jīng)把計(jì)算公式制作成了電子表格,只需要輸入?yún)?shù)就會(huì)自動(dòng)計(jì)算出反饋環(huán)路的參數(shù),還會(huì)繪出伯德圖看相位裕量和幅值裕量,可以根據(jù)相位圖來修正反饋環(huán)路的參數(shù)值。

對(duì)于隔離型開關(guān)電源(反激、正激、半橋、全橋)的反饋環(huán)路設(shè)計(jì)都是和TL431、光耦配合來設(shè)計(jì)的,對(duì)于非隔離型開關(guān)電源(BUCK、BOOST)的反饋環(huán)路設(shè)計(jì)都在電源管理芯片的FB引腳和COMP引腳來串并聯(lián)電阻和電容。

5  PCB布局及走線

對(duì)于開關(guān)電源的PCB布局及走線是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié),不是說原理圖是正確的后續(xù)的工作就沒有了,其實(shí)原理圖設(shè)計(jì)的完成只能證明電路原理上是正確的,并不能說明按照這個(gè)原理圖所設(shè)計(jì)出的電路板能正常工作,因?yàn)镻CB合理布局及走線會(huì)很大程度上影響電路的正常工作,例如PCB布局不合理,首先會(huì)表現(xiàn)出來的就是電路的抗干擾能力差,并且對(duì)外輻射能力強(qiáng)。對(duì)于走大電流的開關(guān)電源而言,PCB布局不合理會(huì)造成電路板發(fā)熱很嚴(yán)重。所以說PCB布局及走線在開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中占據(jù)很大一部分。對(duì)于走高速信號(hào)的PCB板更是如此。對(duì)于開關(guān)電源的布局走線的規(guī)則有很多,大體上可歸結(jié)為為大功率元件放在頂層,貼片放在底層;高電壓線以及大電流走線的線寬要達(dá)到要求,最好是以敷銅的形式;功率環(huán)路和反饋環(huán)路要小且兩者最好要有一定間距;元件之間要有一定的間隔,元件到PCB邊緣要有一定的間隔;芯片供電引腳上并聯(lián)的電容要盡量靠近芯片電源引腳等等。以下就本次設(shè)計(jì)的PCB布局走線的一點(diǎn)建議。

對(duì)于反激變換器而言,有幾個(gè)點(diǎn)在布局布線的時(shí)候需要注意,例如輸入電路部分、變壓器部分、電源芯片部分、反饋環(huán)路部分。對(duì)于輸入電路部分而言,輸入濾波器元件要布在一個(gè)區(qū)域且元件之間留有一些間隙,走線盡量走較寬的線或者直接走銅箔。變壓器部分是電磁干擾的一個(gè)重要干擾源,盡量讓變壓器靠近整流橋后的儲(chǔ)能電容,同時(shí)走線也盡量寬,從儲(chǔ)能電容到變壓器再到主開關(guān)管最后在回到儲(chǔ)能電容這個(gè)回路要小,敏感線路的走線盡量離這個(gè)回路要遠(yuǎn)。電源芯片部分的關(guān)注點(diǎn)是芯片的電源引腳要并聯(lián)一個(gè)貼片電容到芯片的地引腳,這個(gè)貼片電容的放置位置要靠近芯片的電源管腳,要是由于某些原因不能靠近放置在芯片管腳,也可以放置在芯片電源管腳的背面。反饋環(huán)路部分的布局布線,主要關(guān)注的還是走線環(huán)路以及與大電流線的間距問題。反饋環(huán)路上面走的信號(hào)都是重要的信號(hào),這些信號(hào)去控制電源管理芯片的輸出PWM波的占空比來調(diào)節(jié)輸出的穩(wěn)定。如果反饋環(huán)路上的信號(hào)受到了干擾,那么勢(shì)必會(huì)影響輸出的穩(wěn)定。反饋環(huán)路的走線要遠(yuǎn)離與變壓器相連的走線,也要遠(yuǎn)離主開關(guān)管,要是電路板上還有大電流的走線或者高速信號(hào)的走線,反饋信號(hào)的走線也要遠(yuǎn)離這些走線。反饋環(huán)路的走線大致可以分為TL431部分的走線以及光耦部分的次級(jí)走線,TL431是取出反饋信號(hào),光耦的次級(jí)將反饋信號(hào)反應(yīng)到電源管理芯片。其中特別是光耦次級(jí)到電源芯片走線的這個(gè)環(huán)路要小。

 

6 電源板調(diào)試經(jīng)驗(yàn)

對(duì)于開關(guān)電源有許多的測(cè)試項(xiàng),具體有功能測(cè)試、保護(hù)動(dòng)作測(cè)試、安全規(guī)格測(cè)試、異常測(cè)試、電磁兼容測(cè)試、可靠性測(cè)試以及其它的測(cè)試。

功能測(cè)試:輸出電壓調(diào)整、電源調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率、綜合調(diào)整率、輸出漣波及雜訊、輸入功率及效率、動(dòng)態(tài)負(fù)載或暫態(tài)負(fù)載、電源良好/失效時(shí)間、起動(dòng)及保持時(shí)間。

保護(hù)動(dòng)作測(cè)試:過電壓保護(hù)、短路保護(hù)、過電流保護(hù)、過功率保護(hù)。

安全規(guī)格測(cè)試:輸入電流、漏電電流、耐壓絕緣、溫度抗燃、機(jī)殼接地、變壓輸出特性。

異常測(cè)試:散熱風(fēng)扇停轉(zhuǎn)、電壓選擇開關(guān)設(shè)定錯(cuò)誤。

電磁兼容測(cè)試:傳導(dǎo)干擾/免疫、輻射干擾/免疫。

可靠性測(cè)試:老化測(cè)試(高溫約50-60度及長(zhǎng)時(shí)間約8-24小時(shí)滿載測(cè)試)

其它測(cè)試:ESD、EFT、Surge、Inrush

以上的這些測(cè)試在設(shè)計(jì)開關(guān)電源的過程中都是必須要做的,只有通過了這些測(cè)試,才能在市面上出售。這些測(cè)試的每一項(xiàng)都比較復(fù)雜,具體的可以去查看相關(guān)的文檔,在此僅介紹本次設(shè)計(jì)時(shí)所遇到的問題以及解決的方案。以下部分將介紹本次從上電第一次測(cè)試到最后把輸出調(diào)試正常的整個(gè)過程。

在拿到PCB板后,先大致看下PCB板有沒有什么明顯的問題,用萬用表測(cè)試下板子的電源和地有沒有短路。PCB板沒有什么明顯的錯(cuò)誤就開始焊接元器件,在焊接的時(shí)候要注意,二極管的方向、開關(guān)管的方向、電容的正負(fù)極等,在焊接貼片元件的時(shí)候要注意貼片元件不要焊短路,元件焊接要飽滿避免出現(xiàn)虛焊的情況。

在焊接好后最好在檢測(cè)下,電路有沒有短路,有極性元件的方向有沒有焊反等。電路板焊好以后接下來就是調(diào)試了,一般是用一個(gè)工頻變壓器慢慢加電來調(diào)試。在低壓(比如30V)的時(shí)候看下板子有沒有出現(xiàn)什么問題,比如芯片有沒有冒煙、元件有沒有炸裂等現(xiàn)象。這一步是確定電路板上電會(huì)不會(huì)炸。然后可以在用示波器或者萬用表看下輸出電壓、電源芯片各個(gè)管腳的電壓情況,記錄下來。低壓上電正常就可以把電壓加到100V,在測(cè)試下輸出電壓、芯片管腳電壓、驅(qū)動(dòng)波形等。上電一段時(shí)間后用測(cè)溫槍測(cè)下主開關(guān)管的溫度、變壓器溫度、變壓器次級(jí)整流二極管溫度。

以下就測(cè)試過程中遇到的問題,以及解決過程簡(jiǎn)單的描述下。把PCB板上電源部分的元器件全部焊好后,用萬用表測(cè)試下板子有沒有短路。加上強(qiáng)電后發(fā)現(xiàn)沒有輸出,然后就用示波器測(cè)試電源管理芯片HFC0500的HV引腳,發(fā)現(xiàn)HV腳上的波形異常,本來HV上的波形是把正弦波的負(fù)半周翻轉(zhuǎn)過來的,也就是一個(gè)‘饅頭波’,可是示波器上顯示的是這個(gè)‘饅頭波’上疊加有干擾電壓,干擾電壓類似于充電然后在放電的過程。考慮的是,是不是后級(jí)電路的影響,然后就把開關(guān)管斷開了。在此測(cè)試還是出現(xiàn)一樣的問題,就說明這不是后面電路的問題,又測(cè)試了整流橋前的220V/50HZ的正弦波,和整流橋后的儲(chǔ)能電容兩端電壓,發(fā)現(xiàn)都是正常的。然后就考慮是不是元件焊接有問題或者PCB半有問題,果然發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)問題,一個(gè)是PCB板上有一個(gè)地線忘記連上了,就用導(dǎo)線把地線連上了;另一個(gè)問題就是變壓器有一個(gè)繞組輸出結(jié)合一個(gè)線性電路來給電源管理芯片的VCC供電,線性電路的穩(wěn)壓二極管方向焊反了,此時(shí)沒有把穩(wěn)壓二極管糾正過來,先上電測(cè)試下。上電后,HV腳上的波形正常了。然后把后級(jí)電路焊接好,在測(cè)試發(fā)現(xiàn)還是沒有輸出,就檢測(cè)VCC上的電壓,VCC上的電壓是一個(gè)脈動(dòng)的三角波,這個(gè)三角波是HV通過HFC0500內(nèi)部電路充電形成的。此時(shí)再把穩(wěn)壓二極管重新按照正確的接法焊好,發(fā)現(xiàn)有輸出了,但是輸出紋波很大,電壓一會(huì)高,一會(huì)低。很明顯是沒有穩(wěn)壓,這個(gè)時(shí)候就檢測(cè)光耦的次級(jí)和HFC0500的FB腳的電壓情況,發(fā)現(xiàn)FB上一直是高電平,也就是說光耦沒有反饋。一開始以為是光耦的初級(jí)電流不夠,就把光耦初級(jí)串聯(lián)的電阻減小了,發(fā)現(xiàn)還是一樣。就在此檢測(cè)PCB和原理圖,發(fā)現(xiàn)光耦的次級(jí)引腳焊反了,就用導(dǎo)線重新焊接。導(dǎo)線重新焊接后,輸出正常了。以上就是整個(gè)調(diào)試過程。














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