開關(guān)電源適配器元件及設(shè)計(jì)之反激

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開關(guān)電源適配器元件及設(shè)計(jì)之反激

PCB板的布局在很大程度上決定了電源的性能。PCB板的布局應(yīng)考慮EMC、安規(guī)、散熱、可維修性和可生產(chǎn)性等問題。
那么個(gè)EMC問題：
開關(guān)電源的噪聲源主要是功率開關(guān)管、整流管。減小噪聲的盡量是減小噪聲源的環(huán)路面積。電路拓?fù)淙绻扇味朔醇る娐?，其主要的開關(guān)噪聲源分為差模和共模。差模存在于兩個(gè)回路，即輸入濾波電解電容→變壓器初級繞組→開關(guān)管→采樣電阻→輸入濾波電解電容，變壓器次級繞組→輸出整流二極管→輸出濾波電解電容→變壓器次級繞組。這兩個(gè)回路是功率變換的核心主電路，同時(shí)也是差模噪聲的主要來源，在布板時(shí)應(yīng)盡可能地保證這兩個(gè)回路所包圍的面積小化。合理地控制噪聲源有助于花較小的EMC濾波的代價(jià)取得良好的EMC效果。共模噪聲主要產(chǎn)生在功率管關(guān)斷器件，集電極的電壓急劇變化，使其與散熱器的耦合電容通過位移電流，從而產(chǎn)生共模噪聲，或者耦合到變壓器副邊，再到機(jī)殼形成共模噪聲?？梢栽诠β使芑蜉敵稣鞴芨浇覻電容來減小共模噪聲，Y電容接地的銅線盡可能的粗和短。
開關(guān)電源的噪聲源產(chǎn)生于功率回路，如果功率地和控制地共用地會導(dǎo)致功率電路產(chǎn)生的噪聲耦合到控制電路中，不利于抑制噪聲，而且也容易引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。通常功率電路和控制電路應(yīng)保持一點(diǎn)接地。
PCB的布局對電源的EMI有決定性的影響。電源板的布局要考慮的因素有：功率的流向簡潔明了，功率電路應(yīng)避免迂回交錯(cuò)，回路面積盡可能小，電感、變壓器的下方不走線；功率電路與控制電路分別放置，強(qiáng)電信號與弱信號分開，高頻信號與其他易干擾電路分開；初級電路和次級電路的分隔明了，保持適當(dāng)安規(guī)距離等等。為了減小電源的EMI，通常都在電源的適當(dāng)位置放置電感和電容等無源器件進(jìn)行噪聲處理。為了保證電容的濾波效果，在功率回路布線時(shí)應(yīng)使電流盡可能從電容流過，而不能簡單地對相同的節(jié)點(diǎn)采取鋪大面積銅皮的方法。

PCB布板的第二個(gè)問題：安規(guī)問題
一次側(cè)和二次側(cè)的電路分開布局，二者保持一定距離；一次側(cè)和二次側(cè)的隔離帶寬度應(yīng)滿足安規(guī)要求；器件之間的絕緣距離和爬電距離應(yīng)符合根據(jù)其工作電壓查出的安規(guī)距離；在對人體有可能造成傷害的地方加上危險(xiǎn)標(biāo)志；變壓器的層間加絕緣；采用符合安規(guī)的器件等等。
PCB布板的第三個(gè)問題：散熱、可維修性和可生產(chǎn)性
在布局時(shí)考慮發(fā)熱器件和熱敏元件的距離符合工藝要求，功率管的損耗大小決定是否加散熱器等等。根據(jù)電源模塊的散熱方式，整體布局有利于散熱。同時(shí)考慮電源的可維修性，加上適當(dāng)?shù)臏y試點(diǎn)，考慮拆卸元件的便利。了解PCB板加工工藝水平，考慮其生產(chǎn)性。
輸入側(cè)的個(gè)安規(guī)元件—保險(xiǎn)管的設(shè)計(jì)和考量：
保險(xiǎn)管的作用主要是過流保護(hù)，是在電路發(fā)生故障情況下，熔斷切斷電路，避免故障擴(kuò)大。其原理是：當(dāng)電流流過保險(xiǎn)管時(shí)，保險(xiǎn)管內(nèi)金屬熔體發(fā)熱，當(dāng)電流小于額定電流時(shí)，熔體的溫度低于熔點(diǎn)；當(dāng)電流大于額定電流，熔體溫度超過熔點(diǎn)而導(dǎo)致融化。
那么基于保險(xiǎn)管的以上基本作用，我們在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要考量的參數(shù)有保險(xiǎn)管的額定電壓、電流的要求。
額定電壓是指其滅弧能力，正常工作時(shí)其兩端可以認(rèn)為沒有電壓的（很?。?，但如果其被燒斷后就有輸入電壓加在上面，此時(shí)保險(xiǎn)絲不能跳火，這就是額定電壓的概念。
額定電流是指它保證壽命的正常電流。
除此之外，保險(xiǎn)絲還有一個(gè)參數(shù)，I2t，是指引起保險(xiǎn)絲融化的能量，但這是一個(gè)短時(shí)間的概念，不是長時(shí)間的，在很短的時(shí)間內(nèi)，如10mS，保險(xiǎn)絲的熱量是基本上傳不出去的，只有在它上面消耗掉，達(dá)到I2t的值就會融化。從這個(gè)參數(shù)看到，時(shí)間越短，允許的電流就越大。
保險(xiǎn)管的計(jì)算方法

0.6為不帶功率因數(shù)校正的功率因數(shù)估值，假如有功率因數(shù)校正電路此值取0.98左右。
Po輸出功率
η 效率（設(shè)計(jì)的評估值）
Vinmin 小的輸入電壓
2為經(jīng)驗(yàn)值，在實(shí)際應(yīng)用中，保險(xiǎn)管的取值范圍是理論值的1.5~3倍。
工作電壓

在壞的情況下以及在故障情況下，保險(xiǎn)管熔斷后兩端電壓必須滿足下表：

應(yīng)力考核點(diǎn)	產(chǎn)品工作區(qū)域	B級產(chǎn)品	A級產(chǎn)品
工作電壓	I、II工作區(qū)壞情況	＜100％額定電壓

交流保險(xiǎn)管與直流保險(xiǎn)管一般不能相互替代，僅當(dāng)在電壓低于直流60V時(shí)，一般才可以用125V以上交流保險(xiǎn)管。對于帶熔斷報(bào)警的保險(xiǎn)管，需要注意其低使用電壓。
工作電流
在壞的情況下，工作電流有效值必須滿足下表：

應(yīng)力考核點(diǎn)	產(chǎn)品工作區(qū)域	B級產(chǎn)品	A級產(chǎn)品
工作電流	工作區(qū)壞情況	IEC標(biāo)準(zhǔn)＜95%額定電流
		UL標(biāo)準(zhǔn)＜75%額定電流
	短時(shí)工作區(qū)壞情況	IEC標(biāo)準(zhǔn)＜105%額定電流	IEC標(biāo)準(zhǔn)＜100%額定電流
		UL標(biāo)準(zhǔn)＜85%額定電流	UL標(biāo)準(zhǔn)＜80%額定電流

短使工作區(qū)是指連續(xù)工作時(shí)間不大于10min的工作區(qū)域，通常應(yīng)用與對過載能力有時(shí)間限制的場合。
當(dāng)保險(xiǎn)管使用的環(huán)境高于40度，需要考慮溫度對額定電流的影響，進(jìn)行額外降額。不同類型的保險(xiǎn)管降額不同；通常對于慢熔斷類型保險(xiǎn)管，環(huán)境溫度每升高10度，需要再降額5%；對于快熔斷類型保險(xiǎn)管，環(huán)境溫度升高10度，降額1.5%。
保險(xiǎn)管一般不并聯(lián)使用，在特殊情況下，當(dāng)保險(xiǎn)管并聯(lián)使用時(shí)，考慮到電流的不均勻分布，額定電流需要再有額外的85%的降額。
對于半導(dǎo)體保護(hù)用熔斷器（SEMICONDUCTOR FUSE，HIGH SPEED FUSE），其額定電流按UL標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品進(jìn)行降額。當(dāng)溫度高于40度，環(huán)境溫度每升高10度，需要在降額5%；如果熔斷器使用的是玻璃纖維管（BIBER TUBE），還需要額外有80%的降額。
對于持續(xù)時(shí)間小于60S的過載電流，半導(dǎo)體熔斷器可以根據(jù)產(chǎn)品的時(shí)間—電流曲線進(jìn)行降額，大過載電流應(yīng)該小于60%It，It是從時(shí)間—電流曲線上查得的，過載持續(xù)時(shí)間t對應(yīng)的熔斷電流。

保險(xiǎn)絲有快融，正常，慢融幾種形式。雖然額定電流都是10A，但其I2t是不一樣的，慢融的在一定時(shí)間內(nèi)允許通過很大的電流，也就是抗浪涌能力強(qiáng)。很明顯，開關(guān)電源開機(jī)瞬間有很大的浪涌電流，過浪涌實(shí)驗(yàn)時(shí)的浪涌電流更大，一般選慢融的保險(xiǎn)絲，我們的開關(guān)電源都有過載保護(hù)的，當(dāng)副邊短路的時(shí)候，瞬間的電流時(shí)很大的，開關(guān)電源會進(jìn)入短路保護(hù)的狀態(tài)下，如果選用的是快融的保險(xiǎn)絲的話，那么很可能在這瞬間保險(xiǎn)絲就燒掉了的，我們知道保險(xiǎn)絲是在開關(guān)電源損壞的狀態(tài)下，比如MOS擊穿了，為了避免故障的進(jìn)一步擴(kuò)大化，這個(gè)時(shí)候需要去熔斷保險(xiǎn)絲的，不然又可能會發(fā)生火災(zāi)的。
那么慢速保險(xiǎn)絲是怎樣一回事？
慢速保險(xiǎn)絲也叫延時(shí)保險(xiǎn)絲，它的延時(shí)特性表現(xiàn)在電路出現(xiàn)非故障脈沖電流時(shí)保持完好而能對長時(shí)間的過載提供保護(hù)。有些電路在開關(guān)瞬間的電流大于幾倍正常工作電流，盡管這種電流峰值很高，但是它出現(xiàn)的時(shí)間很短，我們稱它為脈沖電流也有稱它為沖擊電流或叫它為浪涌電流。普通的保險(xiǎn)絲是承受不了這種電流的，這樣的電路中若使用的是普通保險(xiǎn)絲恐怕就無法正常開機(jī)了，若使用更大規(guī)格的保險(xiǎn)絲，那么當(dāng)電路過載時(shí)又得不到保護(hù)。延時(shí)保險(xiǎn)絲的熔體經(jīng)特殊加工而成，它具有吸收能量的作用，調(diào)整能量吸收量就能使它即可以抗住沖擊電流又能對過載提供保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)對延時(shí)特性都有規(guī)定，若標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定特性無法滿足您的要求，您可以與開關(guān)電源制造商聯(lián)系以得到解決。

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| 發(fā)布時(shí)間：2017.04.18 來源：世紀(jì)電源網(wǎng)

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