开关电源设计原理及全过程（二）

3.3.17 R8:

R8的作用在保护Q1,避免Q1呈现浮接状态。

3.3.18 R7(Rs电阻)：

3843 Pin3脚电压最高为1V,R7的大小须与R4配合，以达到高低压平衡的目的，一般使用2W M.O.电阻，设计时先决定R7後再加上R4补偿，一般将3843 Pin3脚电压设计在0.85V~0.95V之间(视瓦数而定，若瓦数较小则不能太接近1V,以免因零件误差而顶到1V)。

3.3.19 R5,C3(RC filter)：

滤除3843 Pin3脚的杂讯，R5一般使用1KΩ 1/8W,C3一般使用102P/50V的陶质电容，C3若使用电容值较小者，重载可能不开机(因为3843 Pin3瞬间顶到1V);若使用电容值较大者，也许会有轻载不开机及短路Pin过大的问题。

3.3.20 R9(Q1 Gate电阻 )：

R9电阻的大小，会影响到EMI及温昇特性，一般而言阻值大，Q1 turn on / turn off的速度较慢，EMI特性较好，但Q1的温昇较高、效率较低(主要是因为turn off速度较慢);若阻值较小， Q1 turn on / turn off的速度较快，Q1温昇较低、效率较高，但EMI较差，一般使用51Ω-150Ω 1/8W.

3.3.21 R6,C4(控制振荡频率)：

决定3843的工作频率，可由Data Sheet得到R、C组成的工作频率，C4一般为10nf的电容(误差为5%)，R6使用精密电阻，以DA-14B33为例，C4使用103P/50V PE电容，R6为3.74KΩ 1/8W精密电阻，振荡频率约为45 KHz.

3.3.22 C5:

功能类似RC filter,主要功用在於使高压轻载较不易振荡，一般使用101P/50V陶质电容。

3.3.23 U1(PWM IC)：

3843是PWM IC的一种，由Photo Coupler (U2)回授信号控制Duty Cycle的大小，Pin3脚具有限流的作用(最高电压1V)，目前所用的3843中，有KA3843(SAMSUNG)及UC3843BN(S.T.)两种，两者脚位相同，但产生的振荡频率略有差异，UC3843BN较KA3843快了约2KHz,fT的增加会衍生出一些问题(例如：EMI问题、短路问题)，因KA3843较难买，所以新机种设计时，尽量使用UC3843BN.

3.3.24 R1、R11、R12、C2(一次侧回路增益控制)：

3843内部有一个Error AMP(误差放大器)，R1、R11、R12、C2及Error AMP组成一个负回授电路，用来调整回路增益的稳定度，回路增益，调整不恰当可能会造成振荡或输出电压不正确，一般C2使用立式积层电容(温度持性较好)。

3.3.25 U2(Photo coupler)

光耦合器(Photo coupler)主要将二次侧的信号转换到一次侧(以电流的方式)，当二次侧的TL431导通後，U2即会将二次侧的电流依比例转换到一次侧，此时3843由Pin6 (output)输出off的信号(Low)来关闭Q1,使用Photo coupler的原因，是为了符合安规需求(primacy to secondary的距离至少需5.6mm)。

3.3.26 R13(二次侧回路增益控制)：

控制流过Photo coupler的电流，R13阻值较小时，流过Photo coupler的电流较大，U2转换电流较大，回路增益较快(需要确认是否会造成振荡)，R13阻值较大时，流过Photo coupler的电流较小，U2转换电流较小，回路增益较慢，虽然较不易造成振荡，但需注意输出电压是否正常。

3.3.27 U3(TL431)、R15、R16、R18

调整输出电压的大小， ,输出电压不可超过38V(因为TL431 VKA最大为36V,若再加Photo coupler的VF值，则Vo应在38V以下较安全)，TL431的Vref为2.5V,R15及R16并联的目的使输出电压能微调，且R15与R16并联後的值不可太大(尽量在2KΩ以下)，以免造成输出不准。

3.3.28 R14,C9(二次侧回路增益控制)：

控制二次侧的回路增益，一般而言将电容放大会使增益变慢;电容放小会使增益变快，电阻的特性则刚好与电容相反，电阻放大增益变快;电阻放小增益变慢，至於何谓增益调整的最佳值，则可以Dynamic load来量测，即可取得一个最佳值。

3.3.29 D4(整流二极体)：

因为输出电压为3.3V,而输出电压调整器(Output Voltage Regulator)使用TL431(Vref=2.5V)而非TL432(Vref=1.25V)，所以必须多增加一组绕组提供Photo coupler及TL431所需的电源，因为U2及U3所需的电流不大(约10mA左右)，二极体耐压值100V即可，所以只需使用1N4148(0.15A/100V)。

3.3.30 C8(滤波电容)：

因为U2及U3所需的电流不大，所以只要使用1u/50V即可。

3.3.31 D5(整流二极体)：

输出整流二极体，D5的使用需考虑：

a. 电流值

b. 二极体的耐压值

以DA-14B33为例，输出电流4A,使用10A的二极体(Schottky)应该可以，但经点温昇验证後发现D5温度偏高，所以必须换为15A的二极体，因为10A的VF较15A的VF 值大。耐压部分40V经验证後符合，因此最後使用15A/40V Schottky.

3.3.32 C10,R17(二次侧snubber) :

D5在截止的瞬间会有spike产生，若spike超过二极体(D5)的耐压值，二极体会有被击穿的危险，调整snubber可适当的减少spike的电压值，除保护二极体外亦可改善EMI,R17一般使用1/2W的电阻，C10一般使用耐压500V的陶质电容，snubber调整的过程(264V/63Hz)需注意R17,C10是否会过热，应避免此种情况发生。

3.3.33 C11,C13(滤波电容)：

二次侧第一级滤波电容，应使用内阻较小的电容(LXZ,YXA…)，电容选择是否洽当可依以下三点来判定：

a. 输出Ripple电压是符合规格

b. 电容温度是否超过额定值

c. 电容值两端电压是否超过额定值

3.3.34 R19(假负载)：

适当的使用假负载可使线路更稳定，但假负载的阻值不可太小，否则会影响效率，使用时亦须注意是否超过电阻的额定值(一般设计只使用额定瓦数的一半)。

3.3.35 L3,C12(LC滤波电路)：

LC滤波电路为第二级滤波，在不影响线路稳定的情况下，一般会将L3 放大(电感量较大)，如此C12可使用较小的电容值。

4 设计验证：(可分为三部分)

a. 设计阶段验证

b. 样品制作验证

c. QE验证

4.1 设计阶段验证

设计实验阶段应该养成记录的习惯，记录可以验证实验结果是否与电气规格相符，以下即就DA-14B33设计阶段验证做说明(验证项目视规格而定)。

4.1.1 电气规格验证：

4.1.1.1 3843 PIN3脚电压(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[!--empirenews.page--]

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 辅助电源(开机，满载)、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负载(0.3A-4A)

(验证是否有振荡现象)

4.1.1.8 回授失效(输出轻载)

Vout = 8.3Vê90V/47Hz

Vout = 6.03Vê264V/63Hz

4.1.1.9 O.C.P.(过电流保护)

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一般可分为两种等级：

输入为3 Pin(有FG者)，HI-POT test为1500Vac/1? minute.Y-CAP使用Y2-CAP

输入为2 Pin(无FG者)，HI-POT test为3000Vac/1? minute.Y-CAP使用Y1-CAP

DA-14B33属於输入3 PIN HI-POT test 为1500Vac/1 minute.

4.1.1.13 Grounding test:

输入为3 Pin(有FG者)，一般均要测接地阻(Grounding test)，安规规定FG到输出线材(输出端)的接地电阻不能超过100MΩ(2.5mA/3 Second)。

4.1.1.14 温昇记录

设计实验定案後(暂定)，需针对整体温昇及EMI做评估，若温昇或EMI无法符合规格，则需重新实验。温昇记录请参考附件，D5原来使用BYV118(10A/40V Schottky barrier 肖特基二极管 )，因温昇较高改为PBYR1540CTX(15A/40V)。

4.1.1.15 EMI测试：

EMI测试分为二类：

Conduction(传导干扰)

Radiation(幅射干扰)

前者视规范不同而有差异(FCC : 450K - 30MHz,CISPR 22 :150K - 30MHz)，前者可利用厂内的频谱分析仪验证;後者(范围由30M - 300MHz,则因厂内无设备必须到实验室验证，Conduction,Radiation测试资料请参考附件) .

4.1.1.16 机构尺寸：

设计阶段即应对机构尺寸验证，验证的项目包括 : PCB尺寸、零件限高、零件禁置区、螺丝孔位置及孔径、外壳孔寸…，若设计阶段无法验证，则必须在样品阶段验证。

4.1.2 样品验证：

样品制作完成後，除温昇记录、EMI测试外(是否需重新验证，视情况而定)，每一台样品都应经过验证(包括电气及机构尺寸)，此阶段的电气验证可以以ATE(Chroma)测试来完成，ATE测试必须与电气规格相符。

4.1.3 QE验证：

QE针对工程部所提供的样品做验证，工程部应提供以下交件及样品供QE验证。

开关电源的优缺点

1、功耗小，效率高。在开关电源电路中，晶体管V在激励信号的激励下，它交替地工作在导通-截止和截止-导通的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz左右，在一些技术先进的国家，可以做到几百或者近1000kHz.这使得开关晶体管V的功耗很小，电源的效率可以大幅度地提高，其效率可达到80%.

2、体积小，重量轻。从开关电源的原理框图可以清楚地看到这里没有采用笨重的工频变压器。由于调整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了较大的散热片。由于这两方面原因，所以开关电源的体积小，重量轻。

3、稳压范围宽。从开关电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿。这样，在工频电网电压变化较大时，它仍能够保证有较稳定的输出电压。所以开关电源的稳压范围很宽，稳压效果很好。此外，改变占空比的方法有脉宽调制型和频率调制型两种。开关电源不仅具有稳压范围宽的优点，而且实现稳压的方法也较多，设计人员可以根据实际应用的要求，灵活地选用各种类型的开关电源。

滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减少。开关电源的工作频率目前基本上是工作在50kHz,是线性稳压电源的1000倍，这使整流后的滤波效率几乎也提高了1000倍;即使采用半波整流后加电容滤波，效率也提高了500倍。在相同的纹波输出电压下，采用开关电源时，滤波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容的1/500~1/1000.电路形式灵活多样，有自激式和他激式，有调宽型和调频型，有单端式和双端式等等，设计者可以发挥各种类型电路的特长，设计出能满足不同应用场合的开关电源。

开关稳压电源缺点：

开关稳压电源的缺点是存在较为严重的开关干扰。开关稳压电源中，功率调整开关晶体管V工作在开关状态，它产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰，这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽，就会严重地影响整机的正常工作。此外由于开关稳压电源振荡器没有工频变压器的隔离，这些干扰就会串入工频电网，使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到严重干扰。

目前，由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技术先进国家还有一定的差距，因而造价不能进一步降低，也影响到可靠性的进一步提高。所以在我国的电子仪器以及机电一体化仪器中，开关稳压电源还不能得到十分广泛的普及及使用。特别是对于无工频变压器开关稳压电源中的高压电解电容器、高反压大功率开关管、开关变压器的磁芯材料等器件，在我国还处于研究、开发阶段。

在一些技术先进国家，开关稳压电源虽然有了一定的发展，但在实际应用中也还存在一些问题，不能十分令人满意。这暴露出开关稳压电源的又一个缺点，那就是电路结构复杂，故障率高，维修麻烦。对此，如果设计者和制造者不予以充分重视，则它将直接影响到开关稳压电源的推广应用。当今，开关稳压电源推广应用比较困难的主要原因就是它的制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高