開關電源設計原理及全過程(一)

決定變壓器的線徑及線數：

假設NP使用0.32ψ的線

電流密度=

可繞圈數=

假設Secondary使用0.35ψ的線

電流密度=

假設使用4P,則

電流密度=

可繞圈數=

決定Dutyl cycle:

假設Np=44T,Ns=2T,VD=0.5(使用schottky Diode)

決定Ip值：

決定輔助電源的圈數：

假設輔助電源=12V

NA1=6.3圈

假設使用0.23ψ的線

可繞圈數=

若NA1=6Tx2P,則輔助電源=11.4V

決定MOSFET及二次側二極體的Stress(應力)：

MOSFET(Q1) =最高輸入電壓(380V)+ =

=463.6V

Diode(D5)=輸出電壓(Vo)+ x最高輸入電壓(380V)=

=20.57V

Diode(D4)=

= =41.4V

其它：

因為輸出為3.3V,而TL431的Vref值為2.5V,若再加上photo coupler上的壓降約1.2V,將使得輸出電壓無法推動Photo coupler及TL431,所以必須另外增加一組線圈提供回授路徑所需的電壓。

假設NA2 = 4T使用0.35ψ線，則

可繞圈數= ,所以可將NA2定為4Tx2P

變壓器的接線圖：

3.3 零件選用：

零件位置(標注)請參考線路圖： (DA-14B33 Schematic)

3.3.1 FS1:

由變壓器計算得到Iin值，以此Iin值(0.42A)可知使用公司共用料2A/250V,設計時亦須考慮Pin(max)時的Iin是否會超過保險絲的額定值。

3.3.2 TR1(熱敏電阻)：

電源啟動的瞬間，由於C1(一次側濾波電容)短路，導致Iin電流很大，雖然時間很短暫，但亦可能對Power產生傷害，所以必須在濾波電容之前加裝一個熱敏電阻，以限制開機瞬間Iin在Spec之內(115V/30A,230V/60A)，但因熱敏電阻亦會消耗功率，所以不可放太大的阻值(否則會影響效率)，一般使用SCK053(3A/5Ω)，若C1電容使用較大的值，則必須考慮將熱敏電阻的阻值變大(一般使用在大瓦數的Power上)。

3.3.3 VDR1(突波吸收器)：

當雷極發生時，可能會損壞零件，進而影響Power的正常動作，所以必須在靠AC輸入端 (Fuse之後)，加上突波吸收器來保護Power(一般常用07D471K)，但若有價格上的考量，可先忽略不裝。

3.3.4 CY1,CY2(Y-Cap)：

Y-Cap一般可分為Y1及Y2電容，若AC Input有FG(3 Pin)一般使用Y2- Cap , AC Input若為2Pin(只有L,N)一般使用Y1-Cap,Y1與Y2的差異，除了價格外(Y1較昂貴)，絕緣等級及耐壓亦不同(Y1稱為雙重絕緣，絕緣耐壓約為Y2的兩倍，且在電容的本體上會有回符號或注明Y1)，此電路因為有FG所以使用Y2-Cap,Y-Cap會影響EMI特性，一般而言越大越好，但須考慮漏電及價格問題，漏電(Leakage Current )必須符合安規須求(3Pin公司標準為750uA max)。

3.3.5 CX1(X-Cap)、RX1:

X-Cap為防制EMI零件，EMI可分為Conduction及Radiation兩部分，Conduction規范一般可分為： FCC Part 15J Class B 、 CISPR 22(EN55022) Class B 兩種 , FCC測試頻率在450K~30MHz,CISPR 22測試頻率在150K~30MHz, Conduction可在廠內以頻譜分析儀驗證，Radiation 則必須到實驗室驗證，X-Cap 一般對低頻段(150K ~ 數M之間)的EMI防制有效，一般而言X-Cap愈大，EMI防制效果愈好(但價格愈高)，若X-Cap在0.22uf以上(包含0.22uf)，安規規定必須要有泄放電阻(RX1,一般為1.2MΩ 1/4W)。

3.3.6 LF1(Common Choke)：

EMI防制零件，主要影響Conduction 的中、低頻段，設計時必須同時考慮EMI特性及溫N，以同樣尺寸的Common Choke而言，線圈數愈多(相對的線徑愈細)，EMI防制效果愈好，但溫N可能較高。

3.3.7 BD1(整流二極體)：

將AC電源以全波整流的方式轉換為DC,由變壓器所計算出的Iin值，可知只要使用1A/600V的整流二極體，因為是全波整流所以耐壓只要600V即可。

3.3.8 C1(濾波電容)：

由C1的大小(電容值)可決定變壓器計算中的Vin(min)值，電容量愈大，Vin(min)愈高但價格亦愈高，此部分可在電路中實際驗證Vin(min)是否正確，若AC Input 范圍在90V~132V (Vc1 電壓最高約190V)，可使用耐壓200V的電容;若AC Input 范圍在90V~264V(或180V~264V)，因Vc1電壓最高約380V,所以必須使用耐壓400V的電容。

Re:開關電方設計過{

3.3.9 D2(輔助電源二極體)：

整流二極體，一般常用FR105(1A/600V)或BYT42M(1A/1000V)，兩者主要差異：

1. 耐壓不同(在此處使用差異無所謂)

2. VF不同(FR105=1.2V,BYT42M=1.4V)

3.3.10 R10(輔助電源電阻)：

主要用於調整PWM IC的VCC電壓，以目前使用的3843而言，設計時VCC必須大於8.4V(Min. Load時)，但為考慮輸出短路的情況，VCC電壓不可設計的太高，以免當輸出短路時不保護(或輸入瓦數過大)。

3.3.11 C7(濾波電容)：

輔助電源的濾波電容，提供PWM IC較穩定的直流電壓，一般使用100uf/25V電容。

3.3.12 Z1(Zener 二極體)：

當回授失效時的保護電路，回授失效時輸出電壓沖高，輔助電源電壓相對提高，此時若沒有保護電路，可能會造成零件損壞，若在3843 VCC與3843 Pin3腳之間加一個Zener Diode,當回授失效時Zener Diode會崩潰，使得Pin3腳提前到達1V,以此可限制輸出電壓，達到保護零件的目的。Z1值的大小取決於輔助電源的高低，Z1的決定亦須考慮是否超過Q1的VGS耐壓值，原則上使用公司的現有料(一般使用1/2W即可)。

3.3.13 R2(啟動電阻)：

提供3843第一次啟動的路徑，第一次啟動時透過R2對C7充電，以提供3843 VCC所需的電壓，R2阻值較大時，turn on的時間較長，但短路時Pin瓦數較小，R2阻值較小時，turn on的時間較短，短路時Pin瓦數較大，一般使用220KΩ/2W M.O

3.3.14 R4 (Line Compensation)：

高、低壓補償用，使3843 Pin3腳在90V/47Hz及264V/63Hz接近一致(一般使用750KΩ~1.5MΩ 1/4W之間)。

3.3.15 R3,C6,D1 (Snubber)：

此三個零件組成Snubber,調整Snubber的目的：1.當Q1 off瞬間會有Spike產生，調整Snubber可以確保Spike不會超過Q1的耐壓值，2.調整Snubber可改善EMI.一般而言，D1使用1N4007(1A/1000V)EMI特性會較好。R3使用2W M.O.電阻，C6的耐壓值以兩端實際壓差為準(一般使用耐壓500V的陶質電容)。

3.3.16 Q1(N-MOS)：

目前常使用的為3A/600V及6A/600V兩種，6A/600V的RDS(ON)較3A/600V小，所以溫N會較低，若IDS電流未超過3A,應該先以3A/600V為考量，并以溫N記錄來驗證，因為6A/600V的價格高於3A/600V許多，Q1的使用亦需考慮VDS是否超過額定值。