创维-超薄400W-TV电源开发过程

Section 目錄1 产品规格书（Configuration Of The Production）2 设计理念说明（Design Principle）3 方块图(Block)4 时序图(Timing Block)5 硬体规格书(Hardware Configuration)6 软硬件工作平台(Hardware &Software Work Plantform)7 测试计划（Testing Plan）8 测试步骤（Specified The Testing ）9 测试报告(Testing Report) a. 电气规格b热测试（高温）(Thermal) cEMI d安规10 电路设计说明(Circuit Design)11 完整电路图(Integrated Circuit)12 PCB画面(PCB)13 整机画面(Final Production)一 产品规格书（Configuration Of The Production）1. SCOPE2. INPUT REQUIREMENTS2.1 INPUT VOLATGE2.2 INPUT FREQUENCY2.3. POWER FACTOR CORRECTION2.4 STEADY-STATE CURRENT2.5 NO LOAD POWER CONSUMPTION2.6 INRUSH CURRENT2.7 BROWN IN&OUT3. OUTPUT REQUIREMENTS3.1 POWER ON/OFF CONTROL 3.2 SECONDARY OUTPUT REQUIREMENTS3.3 WARM-UP DRIFT3.4 RMS RIPPLE&NOISE VOLTAGE3.4.1 DEFINITION3.4.2 SPECIFICATION3.4.3 RIPPLE VOLTAGE TEST CIRCUIT3.5 EFFICIENCY3.6 HOLD-UP TIME3.7 OUTPUT VOLTAGE RISE TIME3.8 TURN ON DELAY TIME3.9 TRANSIENT RESPONSE4. PROTECTION4.1 INPUT (PRIMARY)4.2 OUTPUT (SECONDARY)4.2.1 SHORT CIRCUIT4.2.2 OVER VOLTAGE PROTECTION5. SAFETY REQUIREMENT5.1 INSULATION TEST5.2 Hi-POT5.3 ESD5.4 SAFETY GROUND LEAKGE CURRENT TEST5.5 EFT/BURST TEST5.6 SURGE5.7 EMI6. ENVIRONMENTAL AND RELIABILITY SPECIFICATIONS6.1 THERMAL PERFORMANCE6.2 COOLING6.3 HUMIDITY 6.4 VIBRATION6.5 POWER ON/OFF CYCLING6.6 STRESS ANALYSIS6.7 MTBF(Mean Time Between Failures)6.8 AGING7. MECHANICAL7.1. DIMENSIONS7.2 WEIGHT7.3 PIN CONNECTION8. POWER SUPPLY MOUNTING1. SCOPEThis specification describes the performance characteristic of the LCD-TV power supply with +5V, +12V, +24V main DC outputs and Standby +5V DC output(+5VSB) .2. Input requirements2.1 Input Voltage (Sinusoidal)Normal voltage range: 110-240Vac Input voltage range:100250Vac2.2 Input FrequencyRate frequency range: 50/60Hz Max frequency range: 4763Hz2.3. Power factor correction When input voltage at 100240V, the power factor shall be greater than 0.90 at maximum load.2.4 Steady-state current3 Amps maximum at 90Vac/60Hz.2.5 No load power consumption (power saving) 0.3W (power on/off pin is low and the loading of +5VSB is 0.05A , at input voltage is 220VAc) 2.6 Inrush Current 50Amps Max at 220Vac/50Hz, (at Max load, 25deg.C, cold start), Ripe Titive On/Off Cycling of The Ac Input voltage will not damage the supply or cause the input fuse to be blow.2.7 Brown in &outThe power supply shall not be damaged when AC input voltage drops below the minimum specified AC input voltage. Furthermore, when the AC input voltage returns within range, the power supply shall return to normal operation. 3. Output requirements: 3.1 power on/off control power on/off control signal is L (0.3V typical) only +5VSB output power on/off control signal is H (2.5-5.0V) +24V,+12V1,+12V,+5V, +5VSB output 3.2 secondary output requirement OPERATIONMODEOUTPUT VOLTAGE+5VSB+5.0V+12.0V+24.0V+24.0V1VOLTAGE (V)4.755.25V4.755.25V1113V22.825.2V22.825.2VRIPPLE (MAX)100mV100mV120mV240mV240mVMIN. LOAD0.1A0.3A0.3A0.2A0.2AMAX LOAD0.5A2.0A6.0A10A1.5AOCP4-10A9A15A2.5ANote: 1. Line regulation is defined by changing the AC input voltage +/-10% from the nominal at the maximum output current. 2. Thermal variation is defined by changing the ambient temperature from 0 deg. C to 40 deg. C at the maximum output current 3. +5VSB，+5V totle power no more than 25W , +12V.+24V totle power no more than 360W.3.3 Warm-UP Drift Any change input voltage due to warm up drift, not exceed regulation limit.3.4 RMS Ripple & noise voltage 3.4.1 DefinitionThe ripple (Pared) must be measured differentially, up to 20MHz at the outputs using loads that are each shunted by a 0.1uF/50v ceramic capacitor and a 47uF/50v electrolytic capacitor. A resistive load (non-electronic) shall be used for this measurement.3.4.2 Specification+5VSB+5V+12V+24V+24V1100mV100mV120mV240mV240mV 3.5 Efficiency Power supply minimum efficiency shall be90% at 200V input voltage or 80% at 110V input voltage with Max load, normal ambient temperature/humidity and measured at the end of the Dc output connector3.6 Hold-Up TimeThe hold-Up time shall be at least 10ms. At Max load and 110Vac/60Hz input3.7 Output Voltage Rise TimeThe rise time of all outputs voltage shall be less than 50mS measured from 10% point to 90% point3.8 Turn on delay time2 second maximum for all outputs to be within regulation 3.9 Transient response The following shall apply to the +5VSB, +5V,+12V, +24V,+24V1output load transients. Output voltage shall recover to within 5% of its static operating level in less than 200uS under the following conditions3.9.1 Load step from 25%50%&50%75%. 3.9.2 Repetition rate of 10mS with 50% duty cycle.3.9.3 Current slew rate of 0.1A/us. 4 PROTECTION4.1 Input (Primary) The input power line must have an over current protection device(internal 5A fuse) in accordance with safety requirement 4.2 Output (Secondary)4.2.1 Short Circuit The power supply shall not be damaged by short between DC output and DC ground Output Voltage+5VSB +5V +12V +24V +24V1Short Circuit Protection YES YES YES YES YES4.2.2 Over Voltage ProtectionThe unit shall be automatic shutdown before output voltage exceed OVP point and not be damage Output Voltage +24V +5V+12V OVP Point 28-30 VDC 6.2VDC 15V17VDCRemark: Each protection keep activated until fault is removed5. SAFETY REQUIREMENT5.1 Insulation TestThe resistance between primary and secondary shall greater than 20M after application of 500V DC for 60S. 5.2 HI-POT Apply 3000Vac(or 4242Vdc) /60S between primary to secondary10mA ;1500Vac/60s between primary to F.G 10mA. Rise time in 1S.5.3 ESD ESD Air EN61000-4-2 Level 4 (+/-15KV) ESD Contact EN61000-4-2, Leve1 4 (+/-8KV) Criteria :A5.4 Safety ground leakage Current Line and Neutral AC input pins to chassis ground, Leakage current shall not exceed 0.70mA at 220Vac.5.5 EFT/Burst The power supply shall comply the surge voltage requirements of 1KV peak open circuit voltage from line/neutral to GND, And 1KV from line to neutral. It is refer to EN61000-4-4, Level 3 5.6 SURGE Surge capability according to EN 61000-4-55.7 EMI The Power Supply, Operating Within Resistive Load, Shall Be Tested To Meet FCC Part 15,Class B, EN55022 Class B conducted limit.6. ENVIRONMENTAL AND RELIABILITY SPECIFICATIONS6.1 THERMAL PERFORMANCE Operating: 040 Non-operating:-20856.2 COOLING natural cooling 6.3 HUMIDITY Non-condensing: 5% to 85%RH. Include condensation but exclude rain: 5% to 95%RH.6.4 VIBRATION Operating: 5Hz to 500Hz sweep at 2.4G constant acceleration for 10 minute on each of the perpendicular axes x, y and z.6.5 Power ON/OFF cycling The power supply shall be designed to withstand a minimum of 10000 on/off cycles and 3 second on/off period. 6.6 STRESS ANALYSIS All the components have any stress actual not exceed 90 percent.6.7 MTBFThe power supply shall be designed to have a MTBF of 50,000 power on hours (poh) or greater (at 120-240Vac input, 60/50Hz, Max load, 25 degree C).6.8 AGING7. MECHANICAL7.1 DIMENSIONS L*W*H=407mm *245mm *11mm（tolerance:+-2.0mm） 7.2 WEIGHT 421.5g(tolerance:+-10.0g) 7.3 PIN CONNECTIONCN1 Connection and FunctionNO.Pin ConnectionFunction1AC-LAC INPUT LINE 3NCNC5AC-NAC INPUT NUTURE Note: CON1 - VH CONNEETION, TYPE: pitch3.96mmCN2 Connection and Function1,2,3,4,5+24V+12V OUTPUT6,7,8,9,10,11GND+24V GND12ADJBacklight brighting control13ENABacklight ON/OFF controlNote: TYPE: pitch 2mmCN3 Connection and FunctionNo.Pin ConnectionFunction1,2,3,4,5+24V+24V OUTPUT6,7,8,9,10GND+24V GNDNote: TYPE: pitch 2mmCN4 Connection and FunctionNo.Pin ConnectionFunction1,2+5V+5V OUTPUT3,4GND+5V GNDNote: TYPE: pitch 2.5mmCN5 Connection and Function1,2,+24V1+24V1 OUTPUT3,4GND1+24V1 GND5,6+12V+12V OUTPUT7,8GND+12V GND95VSB5VSB OUTPUT10GND5VSB GND11PowerON/OFF12GNDGND13ADJBacklight brighting control14ENABacklight ON/OFF controlNote: TYPE: pitch 2.5mm8. POWER SUPPLY MOUNTING二 设计理念说明（Design Principle）目前来说，随着节能高效理念的不断深入，高效率的电源板开发成为主流趋势。同时，大功率电源板的开发也越来越期望设计过程的简单化。因此，在这种大趋势背景的要求下，在设计大功率电源时，既要求设计简单，功能稳定可靠，也要求高效率，同时能够降低生产成本。因此，我司久嘉电源（Superior Power）设计出了性能可靠稳定、价格便宜、效率90%以上，包括8W至60W民用LED家用灯电源；75W至200W LED路灯电源；150W至400W LCD TV电源等（32寸至65寸）。我司设计的主体结构框架是利用PFC芯片CM6510(CM6807/CM6502)和DC-DC芯片CM6900/CM6901来进行设计的。CM6900/CM6901采用了SRC（串联谐振）&SR（同步整流）的设计思路。目前，串联谐振分为两种：LLC和SRC。LLC是工作在容性负载区间，即工作在共振点以下与第二共振点之间；SRC工作在感性负载区间，即工作在共振点之上。也就是说，在设计LLC时，需要考虑两个工作点，而在设计SRC时，则只需要考虑一个工作点即可。下面就以工作曲线图来分析SRC和LLC在设计时的特点：下图所示为SRC负载曲线图从图中我们可以清楚地看出，共振式转换器的工作区域频率由FminFmax限制，也就是说切换频率Fsw操作在共振点Fr之上。下图是LLC负载曲线图 LC的负载曲线图中可以清楚看出，共振式转换器的工作区域频率由Fmi Fmax所限制，也就是说操作在第二共振点以上Fsw=Fr2Fr1之间，在轻载时频率会FswFr1，所以比较SRC和LLC在设计上的优缺点，LLC远比SRC设计要复杂，如果不做负载曲线模拟的话很难设计，所以SRC的单共振点在设计上就简单许多，如果不做模拟负载曲线模拟也不容易有设计上的问题。总之一句话，SRC就是切换频率在共振频率之上，LLC就是切换频率在两个共振点之间，所以LLC设计相对而言要复杂许多。以下是SRC和LLC的其他比较：SRC大功率设计时，不需要特别提高共振点的频率；而LLC大功率设计时，需要特别提高第一共振点频率以维持与第二共振点之间的电压增益大于1。相同功率下SRC的切换频率设计较低，Turn-off loss较低；相同功率下LLC的切换频率设计较高，且Turn-off loss较高。SRC容易实现同步整流，提高效率；LLC实现同步整流困难，且效率偏低。SRC变压器设计比较容易，且损耗低；LLC变压器设计比较复杂，需要加气息，且损耗相对较高。SRC大功率设计时，Q值较高；LLC大功率设计时，Q值较低。另外，CM6900/CM6901的主要控制方式为变频式，所以在设计必须要设定两个工作频率，即最低工作和最高工作频率。而最低最高工作频率的设定是依据共振式转换器的负载特性曲线来设定的，一般为50KHz到200KHz左右。CM6900/CM6901改善了传统式软启动的问题，传统方式都是采用开回路的软启动，因此输出的上升时间与负载变动控制器都无法控制，所以上升时间会随负载有很大的差异，同时在上升时间时，如果负载变化，会造成负斜率现象，也会在输出产生overshoot现象，CM6900/CM6901特别针对这个问题改变了软启动的方式，采用闭回路的方式来软启动。由于SRC活LLC两种操作区间都有一个共同的问题，空载稳压差，因此，CM6900/CM6901特别针对此问题采用了FM+PWM的控制方式来解决稳压率差的现象。三 方块图 (Block)下图为整个系统的模块图框图中，CM6510C为PFC芯片，CM6900为DC-DC控制芯片。整个设计包括欠压保护，过压、过流保护、过功率保护等。电压信号通过PFC芯片CM6510将电压提升至390V左右，然后通过DC-DC控制芯片CM6900，来控制半桥开关MOS和同步整流MOS，利用谐振将能量无损耗的通过变压器传递给次级，将电压转成两组24V输出和一组12V输出。待机芯片采用TNY177。输出过压过流保护采用LM393来完成。四 时序图(Timing Block)下图为整个系统的时序图具体时序框架图如下图所示： 五 硬体规格书(Hardware Configuration)1. PFC芯片6510CCM6510C是一款适用于高密度交流适配器的节能PFC控制器，其工作电压在10V18V之间。它使得大容量、成本低的电容器的使用成为可能，同时降低了电源线负载功耗，且控制开关FET，使开关按照IEC1000-3-2的规格来控制能量。CM6510C的PFC工作在67.5KHz，它可以利用输入电流整形技术来调整前沿PFC，使其在连续工作升压模式和断续工作升压模式之间切换。当负载突然减少的时候，PFC 过压保护比较器会关掉PFC工作状态。当PFC工作时，内部也有峰值电流限制功能来增强系统的稳定性。另外，CM6510C还具有VCC过压保护功能、1V基准电压限制、PFC开/关检测比较器等等。芯片管脚图如下所示： PIN1 GND： 芯片接地管脚； PIN2 IAC： 正反馈输入端，用做斜率补偿和启动工作系统。在启动阶段，当输入电压VCC小于13V时，IAC管脚内部与VCC连接，当VCC电压大于13V时，该管脚与VCC断开； PIN3 Isense:检测电路工作电流，然后输入PFC限流比较器，调节PFC输出占空比，来控制工作电流； PIN4 Veao: PFC跨导误差放大输出端； PIN5 VFB ：PFC跨导误差放大反馈输入端，典型值是2.5V； PIN6 PFC ON-OFF：当该端的电压低于(VCC-1.4)/2时，通过内部的比较器，会关断PFC，使芯片停止工作； PIN7 VCC：芯片工作电压输入端； PIN8 PFC OUT：PFC驱动波形输出端；BLOCK如下图所示：典型应用电路如下图所示： 2. DC-DC芯片CM6900CM6900是一款通过串联谐振技术、同步脉冲控制，一达到当今能量需求的高效率、离线式DC-DC芯片。芯片通过转换控制方式，即由频率调制模式（FM）转换到脉宽调制模式（PWM），来实现重载和轻载的转换。该芯片的工作电压在10V15V之间，典型工作电压为12V。欠压锁定电压为13V，同时，在限流或者过压保护状态会自启动或者锁扣。下图为6900的管脚图： PIN1 Rset: 外接电阻将3脚的电压信号转换成电流信号用于频率调制（FM）；PIN2 VFB：工作输出电压反馈输入端，通过采样输出电压信号，作为芯片内部共振误差放大器的正相输入电压，同时起过压保护的作用，典型值为2.5V；PIN3 FEAO：共振误差放大器输出端口和频率调制控制补偿节点；PIN4 D_IN-: 信号输入到芯片内部的PWM误差放大器的反相输入端；PIN5 D_IN+: 从VREF采集到的电压信号，作为芯片内部PWM误差放大器的正相输入端的电压；PIN6 DEAO： PWM误差放大器输出，同时也作为PWM控制器的节点补偿端口；PIN7 CSS：该端口作为FM/PWM软启动的控制输入端，内部有1V的使能门限。同时，在限流的阶段，作为自启动控制端；PIN8 ILIM: 该端口作为1V门限的电流比较器的输入端口；PIN9 RT/CT:设置最小频率的内部晶振器；PIN10 GND：接地端口；PIN11 SDRVB: 同步MOS驱动器输出信号端口；PIN12 SDRV: 同步MOS驱动器输出信号端口；PIN13 PRIDRVB: 初级MOS驱动器输出信号端口；PIN14 PRIDRVB: 初级MOS驱动器输出信号端口；PIN15 VCC：芯片工作电压输入端口；PIN16 VREF：7.5V基准电压输入端口，用作反馈检测；BLOCK如下图所示：典型应用电路如下图所示：3. 六 软硬件工作平台(Hardware &Software Work Condition) 1、软件平台（Software Work Condition） Or CAD ，Pspice, Protel 99SE or P-CAD 2、硬件条件（Hardware Work Condition） 示波器（1台）、负载机（四台）、接触调压器（1台）、可调电源（1台）、LCR数字电桥（1台）、电烙铁等。七 测试计划（Test Plan） 短 路 测 试 24V、12V输出测试 EMI/EMC CHROMA测试 高压、低温、老化等测试八 测试步骤（Specified The Testing）1、测试项目序号测试项目测试方法测试标准1待机功耗a. 将ON/OFF输出端悬空，输入电压在额定输入电压范围内变化，记录三个点上的数据，即最低输入电压、标称输入电压和最高输入电压；b. 使用电量测量仪测量其待机功率，取其最大值。P0.3W2高低压启动将各路负载电流均设为标称值，输入电压分别设为100V、264V，进行开机启动试验。查看其启动是否正常。1秒5次启动正常3浪涌电流a. 输入电压为额定输入最大电压，输出为满载，测试产品在常温下放置4H以上；b. 在交流输入回路中串入无感电阻R0(R00.01)，用示波器测量R0在加电峰值时的波形，计算出启动冲击电流，重复测量时须对电路中储能器件进行放电和热敏电阻冷却后再测量。测量示意图如下图所示：I50倍输入电流额定值4输入功率因数&工作效率a. 输入电压在额定输入电压范围内变化，一般记录三个点上的数据，即最低输入电压100V、标称输入电压220V和最高输入电压260V；b. 输出为额定负载状态。测量示意图如下图所示： 功率因数：有源PFC 0.9工作效率 85%5轻载、满载输出电压a. 将各路负载电流均设为最小，输入电压分别在额定范围内调节(一般取最低值、标称值、最高值三点)，分别测量其输出电压；b. 将各路负载电流均设为最大, 输入电压分别在额定范围内调节(一般取最低值、标称值、最高值三点)，分别测量其输出电压；c. 分别计算出测量电压相对于该路标称电压的变化量，取其最大值。测量示意图如下图所示：输出电压误差范围应保证在额定值的5%6输出纹波及噪声a. 输入电压在额定输入电压范围内变化，记录三个点上的数据，取其最大值，即最