开关电源研发范例

1、 29/29目的希望以簡短的篇幅，將公司目前設計的流程做介紹，若有介紹不當之處，請不吝指教.設計步驟:繪線路圖、PPCB Layyoutt.變壓器計算算.零件選用.設計驗證.設計流程介介紹(以以DA-14BB33為為例):線路圖、PPCB Layyoutt請參考考資識庫庫中說明明.變壓器計算算:變壓器是整整個電源源供應器器的重要要核心，所所以變壓壓器的計計算及驗驗証是很很重要的的，以下下即就DDA-114B333變壓壓器做介介紹.決定變壓器器的材質質及尺寸寸: 依據變壓器器計算公公式 B(maxx)=鐵心飽飽合的磁磁通密度度(Gaausss)Lp=一次側側電感值值(uHH)Ip=一次側側峰值電

2、電流(AA)Np=一次側側(主線線圈)圈圈數Ae=鐵心截截面積(cm22)B(maxx) 依依鐵心的的材質及及本身的的溫度來來決定，以以TDKK Feerriite Corre PPC400為例，1100時的BB(maax)為為39000 GGausss，設設計時應應考慮零零件誤差差，所以以一般取取30000335000 Gaausss之間，若若所設計計的poowerr為Addaptter(有外殼殼)則應應取30000 Gauuss左左右，以以避免鐵鐵心因高高溫而飽飽合，一一般而言言鐵心的的尺寸越越大，AAe越高高，所以以可以做做較大瓦瓦數的PPoweer。決定一次側側濾波電電容:濾波電容的的

3、決定，可可以決定定電容器器上的VVin(minn)，濾濾波電容容越大，VVin(winn)越高高，可以以做較大大瓦數的的Powwer，但但相對價價格亦較較高。決定變壓器器線徑及及線數:當變壓器決決定後，變變壓器的的Bobbbinn即可決決定，依依據Boobbiin的槽槽寬，可可決定變變壓器的的線徑及及線數，亦亦可計算算出線徑徑的電流流密度，電電流密度度一般以以6A/mm22為參考考，電流流密度對對變壓器器的設計計而言，只只能當做做參考值值，最終終應以溫溫昇記錄錄為準。決定Dutty ccyclle (工作週週期):由以下公式式可決定定Dutty ccyclle ，DDutyy cyyclee的

4、設計計一般以以50%為基準準，Duuty cyccle若若超過550%易易導致振振盪的發發生。NS = 二次側側圈數NP = 一次側側圈數Vo = 輸出電電壓VD= 二二極體順順向電壓壓Vin(mmin) = 濾波電電容上的的谷點電電壓D = 工工作週期期(Duuty cyccle)決定Ip值值:Ip = 一次側側峰值電電流Iav = 一次次側平均均電流Pout = 輸輸出瓦數數效率PWM震盪盪頻率決定輔助電電源的圈圈數:依據變壓器器的圈比比關係，可可決定輔輔助電源源的圈數數及電壓壓。決定MOSSFETT及二次次側二極極體的SStreess(應力):依據變壓器器的圈比比關係，可可以初步步計算出

5、出變壓器器的應力力(Sttresss)是是否符合合選用零零件的規規格，計計算時以以輸入電電壓2664V(電容器器上為3380VV)為基基準。其它:若輸出電壓壓為5VV以下，且且必須使使用TLL4311而非TTL4332時，須須考慮多多一組繞繞組提供供Phooto couupleer及TTL4331使用用。將所得資料料代入公公式中，如如此可得得出B(maxx)，若若B(mmax)值太高高或太低低則參數數必須重重新調整整。DA-144B333變壓器器計算:輸出瓦數113.22W(33.3VV/4AA)，CCoree = EI-28，可可繞面積積(槽寬寬)=110mmm，Maargiin TTape

6、e = 2.88mm(每邊)，剩餘餘可繞面面積=44.4mmm.假設fT = 445 KKHz ，Viin(mmin)=900V，=0.77，P.F.=0.55(coos)，LLp=116000 Uhh計算式:變壓器材質質及尺寸寸:由以上假設設可知材材質為PPC-440，尺尺寸=EEI-228，AAe=00.866cm22，可繞繞面積(槽寬)=100mm，因因Marrginn Taape使使用2.8mmm，所以以剩餘可可繞面積積為4.4mmm.假設濾波電電容使用用47uuF/4400VV，Viin(mmin)暫定990V。決定變壓器器的線徑徑及線數數:假設NP使使用0.32的線電流密度=可繞圈

7、數=假設Secconddaryy使用00.355的線電流密度=假設使用44P，則則電流密度=可繞圈數數=決定Dutty ccyclle:假設Np=44TT，Nss=2TT，VDD=0.5(使使用scchotttkyy Diiodee)決定Ip值值:決定輔助電電源的圈圈數:假設輔助電電源=112V NNA1=66.3圈圈假設使用00.233的線可繞圈數=若NA1=6Txx2P，則則輔助電電源=111.44V決定MOSSFETT及二次次側二極極體的SStreess(應力):MOSFEET(QQ1) =最高高輸入電電壓(3380VV)+ =463.6VDiodee(D55)=輸輸出電壓壓(Voo)+

8、xx最高輸輸入電壓壓(3880V)=20.557VDiodee(D44)=41.4V其它:因為輸出為為3.33V，而而TL4431的的Vreef值為為2.55V，若若再加上上phooto couupleer上的的壓降約約1.22V，將將使得輸輸出電壓壓無法推推動Phhotoo cooupller及及TL4431，所所以必須須另外增增加一組組線圈提提供迴授授路徑所所需的電電壓。假設NA22 = 4T使使用0.35線，則則可繞圈數=，所以以可將NNA2定為為4Txx2P變壓器的接接線圖:0.35x2Px4T0.350.35x2Px4T0.35x4Px2T0.32x1Px22T0.32x1Px22T

9、0.230.23x2Px6T零件選用:零件位置(標註)請參考考線路圖圖: (DA-14BB33 Schhemaaticc)FS1:由變壓器計計算得到到Iinn值，以以此Iiin值(0.42AA)可知知使用公公司共用用料2AA/2550V，設設計時亦亦須考慮慮Pinn(maax)時時的Iiin是否否會超過過保險絲絲的額定定值。TR1(熱熱敏電阻阻):電源啟動的的瞬間，由由於C11(一次次側濾波波電容)短路，導導致Iiin電流流很大，雖雖然時間間很短暫暫，但亦亦可能對對Powwer產產生傷害害，所以以必須在在濾波電電容之前前加裝一一個熱敏敏電阻，以以限制開開機瞬間間Iinn在Speec之內內(11

10、15V/30AA，2300V/660A)，但因因熱敏電電阻亦會會消耗功功率，所所以不可可放太大大的阻值值(否則會會影響效效率)，一般般使用SSCK0053(3A/5)，若C11電容使使用較大大的值，則則必須考考慮將熱熱敏電阻阻的阻值值變大(一般使使用在大大瓦數的的Powwer上上)。VDR1(突波吸吸收器):當雷極發生生時，可可能會損損壞零件件，進而而影響PPoweer的正正常動作作，所以以必須在在靠ACC輸入端端 (FFusee之後)，加上上突波吸吸收器來來保護PPoweer(一一般常用用07DD4711K)，但但若有價價格上的的考量，可可先忽略略不裝。CY1，CCY2(Y-CCap):Y-

11、Capp一般可可分為YY1及YY2電容容，若AAC IInpuut有FFG(33 Piin)一一般使用用Y2- Caap ， AC Inpput若若為2PPin(只有LL，N)一般使使用Y11-Caap，YY1與YY2的差差異，除除了價格格外(YY1較昂昂貴)，絕絕緣等級級及耐壓壓亦不同同(Y11稱為雙雙重絕緣緣，絕緣緣耐壓約約為Y22的兩倍倍，且在在電容的的本體上上會有“回”符號或或註明YY1)，此此電路因因為有FFG所以以使用YY2-CCap，YY-Caap會影影響EMMI特性性，一般般而言越越大越好好，但須須考慮漏漏電及價價格問題題，漏電電(Leeakaage Currrennt )必須

12、符符合安規規須求(3Piin公司司標準為為7500uA maxx)。CX1(XX-Caap)、RRX1:X-Capp為防制制EMII零件，EEMI可可分為CCondducttionn及Raadiaatioon兩部部分，CCondducttionn規範一一般可分分為: FCCC Paart 15JJ Cllasss B 、 CCISPPR 222(EEN5550222) CClasss BB 兩種種 ， FCCC測試頻頻率在4450KK300MHzz，CIISPRR 222測試頻頻率在1150KK300MHzz， CCondducttionn可在廠廠內以頻頻譜分析析儀驗證證，Raadiaatio

13、on 則則必須到到實驗室室驗證，XX-Caap 一一般對低低頻段(1500K 數MM之間)的EMMI防制制有效，一一般而言言X-CCap愈愈大，EEMI防防制效果果愈好(但價格格愈高)，若XX-Caap在00.222uf以以上(包包含0.22uuf)，安安規規定定必須要要有洩放放電阻(RX11，一般般為1.2M 1/4W)。LF1(CCommmon Chooke):EMI防制制零件，主主要影響響Connducctioon 的的中、低低頻段，設設計時必必須同時時考慮EEMI特特性及溫溫昇，以以同樣尺尺寸的CCommmon Chooke而而言，線線圈數愈愈多(相相對的線線徑愈細細)，EEMI防防制

14、效果果愈好，但但溫昇可可能較高高。BD1(整整流二極極體):將AC電源源以全波波整流的的方式轉轉換為DDC，由由變壓器器所計算算出的IIin值值，可知知只要使使用1AA/6000V的的整流二二極體，因因為是全全波整流流所以耐耐壓只要要6000V即可可。C1(濾波波電容):由C1的大大小(電電容值)可決定定變壓器器計算中中的Viin(mmin)值，電電容量愈愈大，VVin(minn)愈高高但價格格亦愈高高，此部部分可在在電路中中實際驗驗證Viin(mmin)是否正正確，若若AC Inpput 範圍在在90VV1332V (Vcc1 電電壓最高高約1990V)，可使使用耐壓壓2000V的電電容;若

15、若AC Inpput 範圍在在90VV2664V(或1880V2644V)，因因Vc11電壓最最高約3380VV，所以以必須使使用耐壓壓4000V的電電容。D2(輔助助電源二二極體):整流二極體體，一般般常用FFR1005(11A/6600VV)或BBYT442M(1A/10000V)，兩者者主要差差異:耐壓不同(在此處處使用差差異無所所謂)VF不同(FR1105=1.22V，BBYT442M=1.44V) R10(輔助電電源電阻阻):主要用於調調整PWWM IIC的VVCC電電壓，以以目前使使用的338433而言，設設計時VVCC必必須大於於8.44V(MMin. Looad時時)，但但為考

16、慮慮輸出短短路的情情況，VVCC電電壓不可可設計的的太高，以以免當輸輸出短路路時不保保護(或或輸入瓦瓦數過大大)。 C7(濾濾波電容容):輔助電源的的濾波電電容，提提供PWWM IIC較穩穩定的直直流電壓壓，一般般使用1100uuf/225V電電容。 Z1(ZZeneer 二二極體):當回授失效效時的保保護電路路，回授授失效時時輸出電電壓衝高高，輔助助電源電電壓相對對提高，此此時若沒沒有保護護電路，可可能會造造成零件件損壞，若若在38843 VCCC與38843 Pinn3腳之之間加一一個Zeenerr Diiodee，當回回授失效效時Zeenerr Diiodee會崩潰潰，使得得Pinn3腳

17、提提前到達達1V，以以此可限限制輸出出電壓，達達到保護護零件的的目的.Z1值值的大小小取決於於輔助電電源的高高低，ZZ1的決決定亦須須考慮是是否超過過Q1的的VGSS耐壓值值，原則則上使用用公司的的現有料料(一般般使用11/2WW即可). R2(啟啟動電阻阻):提供38443第一一次啟動動的路徑徑，第一一次啟動動時透過過R2對對C7充充電，以以提供338433 VCCC所需需的電壓壓，R22阻值較較大時，tturnn onn的時間間較長，但但短路時時Pinn瓦數較較小，RR2阻值值較小時時，tuurn on的的時間較較短，短短路時PPin瓦瓦數較大大，一般般使用2220KK/2WW M.O。.

18、 R4 (Linne CComppenssatiion):高、低壓補補償用，使使38443 PPin33腳在990V/47HHz及2264VV/633Hz接接近一致致(一般般使用7750KK1.5M 1/4W之之間)。 R3，CC6，DD1 (Snuubbeer):此三個零件件組成SSnubbberr，調整整Snuubbeer的目目的:11.當QQ1 ooff瞬瞬間會有有Spiike產產生，調調整Snnubbber可可以確保保Spiike不不會超過過Q1的的耐壓值值，2.調整SSnubbberr可改善善EMII.一般般而言，DD1使用用1N440077(1AA/10000VV)EMMI特性性會

19、較好好.R33使用22W MM.O.電阻，CC6的耐耐壓值以以兩端實實際壓差差為準(一般使使用耐壓壓5000V的陶陶質電容容)。 Q1(NN-MOOS):目前常使用用的為33A/6600VV及6AA/6000V兩兩種，66A/6600VV的RDDS(OON)較較3A/6000V小，所所以溫昇昇會較低低，若IIDS電流流未超過過3A，應應該先以以3A/6000V為考考量，並並以溫昇昇記錄來來驗證，因因為6AA/6000V的的價格高高於3AA/6000V許許多，QQ1的使使用亦需需考慮VVDS是否否超過額額定值。 R8:R8的作用用在保護護Q1，避避免Q11呈現浮浮接狀態態。 R7(RRs電阻阻)

20、:3843 Pinn3腳電電壓最高高為1VV，R77的大小小須與RR4配合合，以達達到高低低壓平衡衡的目的的，一般般使用22W MM.O.電阻，設設計時先先決定RR7後再再加上RR4補償償，一般般將38843 Pinn3腳電電壓設計計在0.85VV0.95VV之間(視瓦數數而定，若若瓦數較較小則不不能太接接近1VV，以免免因零件件誤差而而頂到11V)。 R5，CC3(RRC ffiltter):濾除38443 PPin33腳的雜雜訊，RR5一般般使用11K 1/8W，CC3一般般使用1102PP/500V的陶陶質電容容，C33若使用用電容值值較小者者，重載可可能不開開機(因為38843 Pin

21、n3瞬間間頂到11V);若使用用電容值值較大者者，也許會會有輕載載不開機機及短路路Pinn過大的的問題。 R9(QQ1 GGatee電阻 ):R9電阻的的大小，會會影響到到EMII及溫昇昇特性，一一般而言言阻值大大，Q11 tuurn on / tturnn offf的速速度較慢慢，EMMI特性性較好，但但Q1的的溫昇較較高、效效率較低低(主要要是因為為turrn ooff速速度較慢慢);若若阻值較較小， Q1 turrn oon / tuurn offf的速度度較快，QQ1溫昇昇較低、效效率較高高，但EEMI較較差，一一般使用用51-1550 1/8W。 R6，CC4(控控制振盪盪頻率):決

22、定38443的工工作頻率率，可由由Datta SSheeet得到到R、CC組成的的工作頻頻率，CC4一般般為100nf的的電容(誤差為為5%)，R66使用精精密電阻阻，以DDA-114B333為例例，C44使用1103PP/500V PPE電容容，R66為3.74KK 1/8W精精密電阻阻，振盪盪頻率約約為455 KHHz。 C5:功能類似RRC ffiltter，主主要功用用在於使使高壓輕輕載較不不易振盪盪，一般般使用1101PP/500V陶質質電容。 U1(PPWM IC):3843是是PWMM ICC的一種種，由PPhotto CCoupplerr (UU2)回回授信號號控制DDutyy

23、 Cyyclee的大小小，Piin3腳腳具有限限流的作作用(最最高電壓壓1V)，目前前所用的的38443中，有有KA338433(SAAMSUUNG)及UCC38443BNN(S.T.)兩種，兩兩者腳位位相同，但但產生的的振盪頻頻率略有有差異，UUC38843BBN較KKA38843快快了約22KHzz，fTT的增加加會衍生生出一些些問題(例如:EMII問題、短短路問題題)，因因KA338433較難買買，所以以新機種種設計時時，儘量量使用UUC38843BBN。 R1、RR11、RR12、CC2(一一次側迴迴路增益益控制):3843內內部有一一個Errrorr AMMP(誤誤差放大大器)，RR

24、1、RR11、RR12、CC2及EErroor AAMP組組成一個個負回授授電路，用用來調整整迴路增增益的穩穩定度，迴迴路增益益，調整整不恰當當可能會會造成振振盪或輸輸出電壓壓不正確確，一般般C2使使用立式式積層電電容(溫溫度持性性較好)。 U2(PPhotto ccoupplerr)光耦合器(Phooto couupleer)主主要將二二次側的的信號轉轉換到一一次側(以電流流的方式式)，當當二次側側的TLL4311導通後後，U22即會將將二次側側的電流流依比例例轉換到到一次側側，此時時38443由PPin66 (ooutpput)輸出ooff的的信號(Loww)來關關閉Q11，使用用Phoo

25、to couupleer的原原因，是是為了符符合安規規需求(priimaccy tto ssecoondaary的的距離至至少需55.6mmm)。 R13(二次側側迴路增增益控制制):控制流過PPhotto ccoupplerr的電流流，R113阻值值較小時時，流過過Phooto couupleer的電電流較大大，U22轉換電電流較大大，迴路路增益較較快(需需要確認認是否會會造成振振盪)，RR13阻阻值較大大時，流流過Phhotoo cooupller的的電流較較小，UU2轉換換電流較較小，迴迴路增益益較慢，雖雖然較不不易造成成振盪，但但需注意意輸出電電壓是否否正常。 U3(TTL4331)、

26、RR15、RR16、RR18調整輸出電電壓的大大小，輸輸出電壓壓不可超超過388V(因因為TLL4311 VKKA最大大為366V，若若再加PPhotto ccoupplerr的VFF值，則則Vo應應在388V以下下較安全全)，TTL4331的VVreff為2.5V，RR15及及R166並聯的的目的使使輸出電電壓能微微調，且且R155與R116並聯聯後的值值不可太太大(儘儘量在22K以下)，以免免造成輸輸出不準準。 R14，CC9(二二次側迴迴路增益益控制):控制二次側側的迴路路增益，一一般而言言將電容容放大會會使增益益變慢；電容放放小會使使增益變變快，電電阻的特特性則剛剛好與電電容相反反，電

27、阻阻放大增增益變快快；電阻阻放小增增益變慢慢，至於於何謂增增益調整整的最佳佳值，則則可以DDynaamicc looad來來量測，即即可取得得一個最最佳值。 D4(整整流二極極體):因為輸出電電壓為33.3VV，而輸輸出電壓壓調整器器(Ouutpuut VVolttagee Reegullatoor)使使用TLL4311(Vrref=2.55V)而而非TLL4322(Vrref=1.225V)，所以以必須多多增加一一組繞組組提供PPhotto ccoupplerr及TLL4311所需的的電源，因因為U22及U33所需的的電流不不大(約約10mmA左右右)，二二極體耐耐壓值1100VV即可，所所

28、以只需需使用11N41148(0.115A/1000V)。 C8(濾濾波電容容):因為U2及及U3所所需的電電流不大大，所以以只要使使用1uu/500V即可可。 D5(整整流二極極體):輸出整流二二極體，DD5的使使用需考考慮:電流值二極體的耐耐壓值以DA-114B333為例例，輸出出電流44A，使使用100A的二二極體(Schhotttky)應該可可以，但但經點溫溫昇驗証証後發現現D5溫溫度偏高高，所以以必須換換為155A的二二極體，因因為100A的VVF較155A的VVF 值大大。耐壓壓部分440V經經驗証後後符合，因因此最後後使用115A/40VV Scchotttkyy。 C10，RR

29、17(二次側側snuubbeer) :D5在截止止的瞬間間會有sspikke產生生，若sspikke超過過二極體體(D55)的耐耐壓值，二二極體會會有被擊擊穿的危危險，調調整snnubbber可可適當的的減少sspikke的電電壓值，除除保護二二極體外外亦可改改善EMMI，RR17一一般使用用1/22W的電電阻，CC10一一般使用用耐壓5500VV的陶質質電容，ssnubbberr調整的的過程(2644V/663Hzz)需注注意R117,CC10是是否會過過熱，應應避免此此種情況況發生。 C11，CC13(濾波電電容):二次側第一一級濾波波電容，應應使用內內阻較小小的電容容(LXXZ，YYXA

30、)，電電容選擇擇是否洽洽當可依依以下三三點來判判定:輸出Rippplee電壓是是符合規規格電容溫度是是否超過過額定值值電容值兩端端電壓是是否超過過額定值值 R19(假負載載):適當的使用用假負載載可使線線路更穩穩定，但但假負載載的阻值值不可太太小，否否則會影影響效率率，使用用時亦須須注意是是否超過過電阻的的額定值值(一般般設計只只使用額額定瓦數數的一半半)。 L3，CC12(LC濾濾波電路路):LC濾波電電路為第第二級濾濾波，在在不影響響線路穩穩定的情情況下，一一般會將將L3 放大(電感量量較大)，如此此C122可使用用較小的的電容值值。設計驗証:(可分分為三部部分)設計階段驗驗証樣品製作驗驗

31、証QE驗証設計階段驗驗証設計實驗階階段應該該養成記記錄的習習慣，記記錄可以以驗証實實驗結果果是否與與電氣規規格相符符，以下下即就DDA-114B333設計計階段驗驗証做說說明(驗驗証項目目視規格格而定)。電氣規格驗驗証:3843 PINN3腳電電壓(ffulll looad 4A) :90V/447Hzz=0.883V115V/60HHz=0.883V132V/60HHz=0.883V180V/60HHz=0.886V230V/60HHz=0.888V264V/63HHz=0.991VDuty Cyccle , ffT:Vin(mmin) = 1000V (90VV / 47HHz ffull

32、l looad)Stresss (2644V / 633Hz fulll lloadd) :Q1 MOOSFEET:D5: D4:輔助電源(開機，滿滿載)、短短路Piin mmax.:Statiic (fulll lloadd)Pin(ww)Iin(AA)Iout(A)Vout(V)P.F.Ripplle(mmV)Pout(w)eff90V/447Hzz18.70.3643.300.573213.22270.7115V/60HHz18.60.31143.300.522813.22271.1132V/60HHz18.60.2843.300.502913.22271.1180V/60HHz18.7

33、0.2143.300.493013.23370.7230V/60HHz18.90.1843.300.462913.22269.9264V/60HHz19.20.1643.300.452913.23368.990V/47Hz90V/47Hz=OK115V/60Hz=OK132V/60Hz=OK180V/60Hz=OK230V/60Hz=OK264V/63Hz=OKFull Rannge負負載(00.3AA-4AA)(驗証是否否有振盪盪現象)回授失效(輸出輕輕載)90V/447Hzz VVoutt = 8.33V264V/63HHz Vouut = 6.03VVO.C.PP.(過過電流保保護)90V/447Hzz = 7.22A264V/63HHz = 8.4APin(mmax.)90V/447Hzz = 24.9W264V/63HHz = 277.1WWDynammic tesstH=4A，tt1=225mss，sllew Ratte = 0.8A/ms (Riise)L