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依据变压器计算公式
Ø
B(max)=铁心饱合的磁通密度(Gauss)
Lp=一次侧电感值(uH)
Ip=一次侧峰值电流(A)
Np=一次侧(主线圈)圈数
Ae=铁心截面积(cm2)
B(max)依铁心的材质及本身的温度来决定,以TDKFerriteCorePC40为例,100℃时的B(max)为3900Gauss,设计时应考虑零件误差,因此一般取3000~3500Gauss之间,若所设计的power为Adapter(有外壳)则应取3000Gauss左右,以幸免铁心因高温而饱合,一般而言铁心的尺寸越大,Ae越高,因此能够做较大瓦数的Power。
3.2.2决定一次侧滤波电容:
滤波电容的决定,能够决定电容器上的Vin(min),滤波电容越大,Vin(win)越高,能够做较大瓦数的Power,但相对价格亦较高。
3.2.3决定变压器线径及线数:
当变压器决定后,变压器的Bobbin即可决定,依据Bobbin的槽宽,可决定变压器的线径及线数,亦可计算出线径的电流密度,电流密度一般以6A/mm2为参考,电流密度对变压器的设计而言,只能当做参考值,最终应以温升记录为准。
3.2.4决定Dutycycle(工作周期):
由以下公式可决定Dutycycle,Dutycycle的设计一般以50%为基准,Dutycycle若超过50%易导致振荡的发生。
NS=二次侧圈数
NP=一次侧圈数
Vo=输出电压
VD=二极管顺向电压
Vin(min)=滤波电容上的谷点电压
D=工作周期(Dutycycle)
3.2.5决定Ip值:
Ip=一次侧峰值电流
Iav=一次侧平均电流
Pout=输出瓦数
效率
PWM震荡频率
3.2.6决定辅助电源的圈数:
依据变压器的圈比关系,可决定辅助电源的圈数及电压。
3.2.7决定MOSFET及二次侧二极管的Stress(应力):
依据变压器的圈比关系,能够初步计算出变压器的应力(Stress)是否符合选用零件的规格,计算时以输入电压264V(电容器上为380V)为基准。
3.2.8其它:
若输出电压为5V以下,且必须使用TL431而非TL432时,须考虑多一组绕组提供Photocoupler及TL431使用。
3.2.9将所得资料代入
公式中,如此可得出B(max),若B(max)值太高或太低则参数必须重新调整。
3.2.10DA-14B33变压器计算:
✧输出瓦数13.2W(3.3V/4A),Core=EI-28,可绕面积(槽宽)=10mm,MarginTape=2.8mm(每边),剩余可绕面积=4.4mm.
✧假设fT=45KHz,Vin(min)=90V,
=0.7,P.F.=0.5(cosθ),Lp=1600Uh
✧计算式:
●变压器材质及尺寸:
✧由以上假设可知材质为PC-40,尺寸=EI-28,Ae=0.86cm2,可绕面积(槽宽)=10mm,因MarginTape使用2.8mm,因此剩余可绕面积为4.4mm.
✧假设滤波电容使用47uF/400V,Vin(min)暂定90V。
●决定变压器的线径及线数:
✧假设NP使用0.32ψ的线
电流密度=
可绕圈数=
✧假设Secondary使用0.35ψ的线
✧假设使用4P,则
可绕圈数=
●决定Dutycycle:
✧假设Np=44T,Ns=2T,VD=0.5(使用schottkyDiode)
●决定Ip值:
●决定辅助电源的圈数:
假设辅助电源=12V
NA1=6.3圈
假设使用0.23ψ的线
若NA1=6Tx2P,则辅助电源=11.4V
●决定MOSFET及二次侧二极管的Stress(应力):
MOSFET(Q1)=最高输入电压(380V)+
=
=463.6V
Diode(D5)=输出电压(Vo)+
x最高输入电压(380V)
=
=20.57V
Diode(D4)=
=41.4V
●其它:
因为输出为3.3V,而TL431的Vref值为2.5V,若再加上photocoupler上的压降约1.2V,将使得输出电压无法推动Photocoupler及TL431,因此必须另外增加一组线圈提供回授路径所需的电压。
假设NA2=4T使用0.35ψ线,则
,因此可将NA2定为4Tx2P
●
变压器的接线图:
0.35Φx2Px4T
0.35Φx4Px2T
0.32Φx1Px22T
0.23Φx2Px6T
3.3零件选用:
零件位置(标注)请参考线路图:
(DA-14B33Schematic)
3.3.1FS1:
由变压器计算得到Iin值,以此Iin值(0.42A)可知使用公司共享料2A/250V,设计时亦须考虑Pin(max)时的Iin是否会超过保险丝的额定值。
3.3.2TR1(热敏电阻):
电源启动的瞬间,由于C1(一次侧滤波电容)短路,导致Iin电流专门大,尽管时刻专门短暂,但亦可能对Power产生损害,因此必须在滤波电容之前加装一个热敏电阻,以限制开机瞬间Iin在Spec之内(115V/30A,230V/60A),但因热敏电阻亦会消耗功率,因此不可放太大的阻值(否则会阻碍效率),一般使用SCK053(3A/5Ω),若C1电容使用较大的值,则必须考虑将热敏电阻的阻值变大(一般使用在大瓦数的Power上)。
3.3.3VDR1(突波汲取器):
当雷极发生时,可能会损坏零件,进而阻碍Power的正常动作,因此必须在靠AC输入端(Fuse之后),加上突波汲取器来爱护Power(一般常用07D471K),但若有价格上的考虑,可先忽略不装。
3.3.4CY1,CY2(Y-Cap):
Y-Cap一般可分为Y1及Y2电容,若ACInput有FG(3Pin)一般使用Y2-Cap,ACInput若为2Pin(只有L,N)一般使用Y1-Cap,Y1与Y2的差异,除了价格外(Y1较昂贵),绝缘等级及耐压亦不同(Y1称为双重绝缘,绝缘耐压约为Y2的两倍,且在电容的本体上会有“回”符号或注明Y1),此电路因为有FG因此使用Y2-Cap,Y-Cap会阻碍EMI特性,一般而言越大越好,但须考虑漏电及价格问题,漏电(LeakageCurrent)必须符合安规须求(3Pin公司标准为750uAmax)。
3.3.5CX1(X-Cap)、RX1:
X-Cap为防制EMI零件,EMI可分为Conduction及Radiation两部分,Conduction规范一般可分为:
FCCPart15JClassB、CISPR22(EN55022)ClassB两种,FCC测试频率在450K~30MHz,CISPR22测试频率在150K~30MHz,Conduction可在厂内以频谱分析仪验证,Radiation则必须到实验室验证,X-Cap一般对低频段(150K~数M之间)的EMI防制有效,一般而言X-Cap愈大,EMI防制效果愈好(但价格愈高),若X-Cap在0.22uf以上(包含0.22uf),安规规定必须要有泄放电阻(RX1,一般为1.2MΩ1/4W)。
3.3.6LF1(CommonChoke):
EMI防制零件,要紧阻碍Conduction的中、低频段,设计时必须同时考虑EMI特性及温升,以同样尺寸的CommonChoke而言,线圈数愈多(相对的线径愈细),EMI防制效果愈好,但温升可能较高。
3.3.7BD1(整流二极管):
将AC电源以全波整流的方式转换为DC,由变压器所计算出的Iin值,可知只要使用1A/600V的整流二极管,因为是全波整流因此耐压只要600V即可。
3.3.8C1(滤波电容):
由C1的大小(电容值)可决定变压器计算中的Vin(min)值,电容量愈大,Vin(min)愈高但价格亦愈高,此部分可在电路中实际验证Vin(min)是否正确,若ACInput范围在90V~132V(Vc1电压最高约190V),可使用耐压200V的电容;
若ACInput范围在90V~264V(或180V~264V),因Vc1电压最高约380V,因此必须使用耐压400V的电容。
3.3.9D2(辅助电源二极管):
整流二极管,一般常用FR105(1A/600V)或BYT42M(1A/1000V),两者要紧差异:
1.耐压不同(在此处使用差异无所谓)
2.VF不同(FR105=1.2V,BYT42M=1.4V)
3.3.10R10(辅助电源电阻):
要紧用于调整PWMIC的VCC电压,以目前使用的3843而言,设计时VCC必须大于8.4V(Min.Load时),但为考虑输出短路的情况,VCC电压不可设计的太高,以免当输出短路时不爱护(或输入瓦数过大)。
3.3.11C7(滤波电容):
辅助电源的滤波电容,提供PWMIC较稳定的直流电压,一般使用100uf/25V电容。
3.3.12Z1(Zener二极管):
当回授失效时的爱护电路,回授失效时输出电压冲高,辅助电源电压相对提高,现在若没有爱护电路,可能会造成零件损坏,若在3843VCC与3843Pin3脚之间加一个ZenerDiode,当回授失效时ZenerDiode会崩溃,使得Pin3脚提早到达1V,以此可限制输出电压,达到爱护零件的目的.Z1值的大小取决于辅助电源的高低,Z1的决定亦须考虑是否超过Q1的VGS耐压值,原则上使用公司的现有料(一般使用1/2W即可).
3.3.13R2(启动电阻):
提供3843第一次启动的路径,第一次启动时透过R2对C7充电,以提供3843VCC所需的电压,R2阻值较大时,turnon的时刻较长,但短路时Pin瓦数较小,R2阻值较小时,turnon的时刻较短,短路时Pin瓦数较大,一般使用220KΩ/2WM.O。
.
3.3.14R4(LineCompensation):
高、低压补偿用,使3843Pin3脚在90V/47Hz及264V/63Hz接近一致(一般使用750KΩ~1.5MΩ1/4W之间)。
3.3.15R3,C6,D1(Snubber):
此三个零件组成Snubber,调整Snubber的目的:
1.当Q1off瞬间会有Spike产生,调整Snubber能够确保Spike可不能超过Q1的耐压值,2.调整Snubber可改善EMI.一般而言,D1使用1N4007(1A/1000V)EMI特性会较好.R3使用2WM.O.电阻,C6的耐压值以两端实际压差为准(一般使用耐压500V的陶质电容)。
3.3.16Q1(N-MOS):
目前常使用的为3A/600V及6A/600V两种,6A/600V的RDS(ON)较3A/600V小,因此温升会较低,若IDS电流未超过3A,应该先以3A/600V为考虑,并以温升
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