開關電源設計及過程概述

00V)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，所以溫昇會較低，若IDS電流未超過3A，應該先以3A/600V為考量，并以溫昇記錄來驗證，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。

　　3.3.17 R8：

　　R8的作用在保護Q1，避免Q1呈現浮接狀態。

　　3.3.18 R7(Rs電阻)：

　　3843 Pin3腳電壓最高為1V，R7的大小須與R4配合，以達到高低壓平衡的目的，一般使用2W M.O.電阻，設計時先決定R7後再加上R4補償，一般將3843 Pin3腳電壓設計在0.85V~0.95V之間(視瓦數而定，若瓦數較小則不能太接近1V，以免因零件誤差而頂到1V)。

　　3.3.19 R5，C3(RC filter)：

　　濾除3843 Pin3腳的雜訊，R5一般使用1KΩ 1/8W，C3一般使用102P/50V的陶質電容，C3若使用電容值較小者，重載可能不開機(因為3843 Pin3瞬間頂到1V)；若使用電容值較大者，也許會有輕載不開機及短路Pin過大的問題。

　　3.3.20 R9(Q1 Gate電阻 )：

　　R9電阻的大小，會影響到EMI及溫昇特性，一般而言阻值大，Q1 turn on / turn off的速度較慢，EMI特性較好，但Q1的溫昇較高、效率較低(主要是因為turn off速度較慢)；若阻值較小， Q1 turn on / turn off的速度較快，Q1溫昇較低、效率較高，但EMI較差，一般使用51Ω-150Ω 1/8W.

　　3.3.21 R6，C4(控制振蕩頻率)：

　　決定3843的工作頻率，可由Data Sheet得到R、C組成的工作頻率，C4一般為10nf的電容(誤差為5%)，R6使用精密電阻，以DA-14B33為例，C4使用103P/50V PE電容，R6為3.74KΩ 1/8W精密電阻，振蕩頻率約為45 KHz.

　　3.3.22 C5：

　　功能類似RC filter，主要功用在於使高壓輕載較不易振蕩，一般使用101P/50V陶質電容。

　　3.3.23 U1(PWM IC)：

　　3843是PWM IC的一種，由Photo Coupler (U2)回授信號控制Duty Cycle的大小，Pin3腳具有限流的作用(最高電壓1V)，目前所用的3843中，有KA3843(SAMSUNG)及UC3843BN(S.T.)兩種，兩者腳位相同，但產生的振蕩頻率略有差異，UC3843BN較KA3843快了約2KHz，fT的增加會衍生出一些問題(例如：EMI問題、短路問題)，因KA3843較難買，所以新機種設計時，盡量使用UC3843BN.

　　3.3.24 R1、R11、R12、C2(一次側回路增益控制)：

　　3843內部有一個Error AMP(誤差放大器)，R1、R11、R12、C2及Error AMP組成一個負回授電路，用來調整回路增益的穩定度，回路增益，調整不恰當可能會造成振蕩或輸出電壓不正確，一般C2使用立式積層電容(溫度持性較好)。

　　3.3.25 U2(Photo coupler)

　　光耦合器(Photo coupler)主要將二次側的信號轉換到一次側(以電流的方式)，當二次側的TL431導通後，U2即會將二次側的電流依比例轉換到一次側，此時3843由Pin6 (output)輸出off的信號(Low)來關閉Q1，使用Photo coupler的原因，是為了符合安規需求(primacy to secondary的距離至少需5.6mm)。

　　3.3.26 R13(二次側回路增益控制)：

　　控制流過Photo coupler的電流，R13阻值較小時，流過Photo coupler的電流較大，U2轉換電流較大，回路增益較快(需要確認是否會造成振蕩)，R13阻值較大時，流過Photo coupler的電流較小，U2轉換電流較小，回路增益較慢，雖然較不易造成振蕩，但需注意輸出電壓是否正常。

　　3.3.27 U3(TL431)、R15、R16、R18

　　調整輸出電壓的大小， ，輸出電壓不可超過38V(因為TL431 VKA最大為36V，若再加Photo coupler的VF值，則Vo應在38V以下較安全)，TL431的Vref為2.5V，R15及R16并聯的目的使輸出電壓能微調，且R15與R16并聯後的值不可太大(盡量在2KΩ以下)，以免造成輸出不準。

　　3.3.28 R14，C9(二次側回路增益控制)：

　　控制二次側的回路增益，一般而言將電容放大會使增益變慢；電容放小會使增益變快，電阻的特性則剛好與電容相反，電阻放大增益變快；電阻放小增益變慢，至於何謂增益調整的最佳值，則可以Dynamic load來量測，即可取得一個最佳值。

　　3.3.29 D4(整流二極體)：

　　因為輸出電壓為3.3V，而輸出電壓調整器(Output Voltage Regulator)使用TL431(Vref=2.5V)而非TL432(Vref=1.25V)，所以必須多增加一組繞組提供Photo coupler及TL431所需的電源，因為U2及U3所需的電流不大(約10mA左右)，二極體耐壓值100V即可，所以只需使用1N4148(0.15A/100V)。

　　3.3.30 C8(濾波電容)：

　　因為U2及U3所需的電流不大，所以只要使用1u/50V即可。

　　3.3.31 D5(整流二極體)：

　　輸出整流二極體，D5的使用需考慮：

　　a. 電流值

　　b. 二極體的耐壓值

　　以DA-14B33為例，輸出電流4A，使用10A的二極體(Schottky)應該可以，但經點溫昇驗證後發現D5溫度偏高，所以必須換為15A的二極體，因為10A的VF較15A的VF 值大。耐壓部分40V經驗證後符合，因此最後使用15A/40V Schottky.

　　3.3.32 C10，R17(二次側snubber) ：

　　D5在截止的瞬間會有spike產生，若spike超過二極體(D5)的耐壓值，二極體會有被擊穿的危險，調整snubber可適當的減少spike的電壓值，除保護二極體外亦可改善EMI，R17一般使用1/2W的電阻，C10一般使用耐壓500V的陶質電容，snubber調整的過程(264V/63Hz)需注意R17，C10是否會過熱，應避免此種情況發生。

　　3.3.33 C11，C13(濾波電容)：

　　二次側第一級濾波電容，應使用內阻較小的電容(LXZ，YXA…)，電容選擇是否洽當可依以下三點來判定：

　　a. 輸出Ripple電壓是符合規格

　　b. 電容溫度是否超過額定值

　　c. 電容值兩端電壓是否超過額定值

　　3.3.34 R19(假負載)：

　　適當的使用假負載可使線路更穩定，但假負載的阻值不可太小，否則會影響效率，使用時亦須注意是否超過電阻的額定值(一般設計只使用額定瓦數的一半)。　　3.3.35 L3，C12(LC濾波電路)：

　　LC濾波電路為第二級濾波，在不影響線路穩定的情況下，一般會將L3 放大(電感量較大)，如此C12可使用較小的電容值。

　　4 設計驗證：(可分為三部分)

　　a. 設計階段驗證

　　b. 樣品制作驗證

　　c. QE驗證

　　4.1 設計階段驗證

　　設計實驗階段應該養成記錄的習慣，記錄可以驗證實驗結果是否與電氣規格相符，以下即就DA-14B33設計階段驗證做說明(驗證項目視規格而定)。

　　4.1.1 電氣規格驗證：

　　4.1.1.1 3843 PIN3腳電壓(full load 4A) ：

　　90V/47Hz = 0.83V

　　115V/60Hz = 0.83V

　　132V/60Hz = 0.83V

　　180V/60Hz = 0.86V

　　230V/60Hz = 0.88V

　　264V/63Hz = 0.91V

　　4.1.1.2 Duty Cycle ， fT：

　　4.1.1.3 Vin(min) = 100V (90V / 47Hz full load)

　　4.1.1.4 Stress (264V / 63Hz full load) ：

　　Q1 MOSFET：

　　4.1.1.5 輔助電源(開機，滿載)、短路Pin max.：

　　4.1.1.6 Static (full load)

　　Pin(w) Iin(A) Iout(A) Vout(V) P.F. Ripple(mV) Pout(w) eff

　　90V/47Hz 18.7 0.36 4 3.30 0.57 32 13.22 70.7

　　115V/60Hz 18.6 031 4 3.30 0.52 28 13.22 71.1

　　132V/60Hz 18.6 0.28 4 3.30 0.50 29 13.22 71.1

　　180V/60Hz 18.7 0.21 4 3.30 0.49 30 13.23 70.7

　　230V/60Hz 18.9 0.18 4 3.30 0.46 29 13.22 69.9

　　264V/60Hz 19.2 0.16 4 3.30 0.45 29 13.23 68.9

　　4.1.1.7 Full Range負載(0.3A-4A)

　　(驗證是否有振蕩現象)

　　4.1.1.8 回授失效(輸出輕載)

　　Vout = 8.3Vê90V/47Hz

　　Vout = 6.03Vê264V/63Hz

　　4.1.1.9 O.C.P.(過電流保護)

　　90V/47Hz = 7.2A

　　264V/63Hz = 8.4A

　　4.1.1.10 Pin(max.)

　　90V/47Hz = 24.9W

　　264V/63Hz = 27.1W

　　4.1.1.11 Dynamic test

　　H=4A，t1=25ms，slew Rate = 0.8A/ms (Rise)

　　L=0.3A，t2=25ms，slew Rate = 0.8A/ms (Full)

　　90V/47Hz

　　264V/63Hz

　　4.1.1.12 HI-POT test：

　　HI-POT test一般可分為兩種等級：

　　輸入為3 Pin(有FG者)，HI-POT test為1500Vac/1minute.Y-CAP使用Y2-CAP

　　輸入為2 Pin(無FG者)，HI-POT test為3000Vac/1minute.Y-CAP使用Y1-CAP

　　DA-14B33屬於輸入3 PIN HI-POT test 為1500Vac/1 minute.

　　4.1.1.13 Grounding test：

　　輸入為3 Pin(有FG者)，一般均要測接地阻(Grounding test)，安規規定FG到輸出線材(輸出端)的接地電阻不能超過100MΩ(2.5mA/3 Second)。

　　4.1.1.14 溫昇記錄

設計實驗定案後(暫定)，需針對整體溫昇及EMI做評估，若溫昇或EMI無法符合規格，則需重新實驗。溫昇記錄請參考附件，D5原來使用BYV118(10A/40V Schott