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開關(guān)電源適配器元件及設計之反激

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開關(guān)電源適配器元件及設計之反激

PCB板的布局在很大程度上決定了電源的性能。PCB板的布局應考慮EMC、安規(guī)、散熱、可維修性和可生產(chǎn)性等問題。
那么個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。電路拓撲如果采取單端反激電路，其主要的開關(guān)噪聲源分為差模和共模。差模存在于兩個回路，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。這兩個回路是功率變換的核心主電路，同時也是差模噪聲的主要來源，在布板時應盡可能地保證這兩個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，再到機殼形成共模噪聲。可以在功率管或輸出整流管附近加Y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保持一點接地。
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，功率電路應避免迂回交錯，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，保持適當安規(guī)距離等等。為了減小電源的EMI，通常都在電源的適當位置放置電感和電容等無源器件進行噪聲處理。為了保證電容的濾波效果，在功率回路布線時應使電流盡可能從電容流過，而不能簡單地對相同的節(jié)點采取鋪大面積銅皮的方法。

PCB布板的第二個問題：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)的隔離帶寬度應滿足安規(guī)要求；器件之間的絕緣距離和爬電距離應符合根據(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標志；變壓器的層間加絕緣；采用符合安規(guī)的器件等等。
PCB布板的第三個問題：散熱、可維修性和可生產(chǎn)性
在布局時考慮發(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。同時考慮電源的可維修性，加上適當?shù)臏y試點，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)的個安規(guī)元件—保險管的設計和考量：
保險管的作用主要是過流保護，是在電路發(fā)生故障情況下，熔斷切斷電路，避免故障擴大。其原理是：當電流流過保險管時，保險管內(nèi)金屬熔體發(fā)熱，當電流小于額定電流時，熔體的溫度低于熔點；當電流大于額定電流，熔體溫度超過熔點而導致融化。
那么基于保險管的以上基本作用，我們在設計的時候需要考量的參數(shù)有保險管的額定電壓、電流的要求。
額定電壓是指其滅弧能力，正常工作時其兩端可以認為沒有電壓的（很?。?，但如果其被燒斷后就有輸入電壓加在上面，此時保險絲不能跳火，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，保險絲還有一個參數(shù)，I2t，是指引起保險絲融化的能量，但這是一個短時間的概念，不是長時間的，在很短的時間內(nèi)，如10mS，保險絲的熱量是基本上傳不出去的，只有在它上面消耗掉，達到I2t的值就會融化。從這個參數(shù)看到，時間越短，允許的電流就越大。
保險管的計算方法




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（設計的評估值）
Vinmin 小的輸入電壓
2為經(jīng)驗值，在實際應用中，保險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，保險管熔斷后兩端電壓必須滿足下表：

 

應力考核點
 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

交流保險管與直流保險管一般不能相互替代，僅當在電壓低于直流60V時，一般才可以用125V以上交流保險管。對于帶熔斷報警的保險管，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：
 

應力考核點
 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標準＜95%額定電流
UL標準＜75%額定電流
短時工作區(qū)壞情況
 IEC標準＜105%額定電流
 IEC標準＜100%額定電流
UL標準＜85%額定電流
 UL標準＜80%額定電流

短使工作區(qū)是指連續(xù)工作時間不大于10min的工作區(qū)域，通常應用與對過載能力有時間限制的場合。
當保險管使用的環(huán)境高于40度，需要考慮溫度對額定電流的影響，進行額外降額。不同類型的保險管降額不同；通常對于慢熔斷類型保險管，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管，環(huán)境溫度升高10度，降額1.5%。
保險管一般不并聯(lián)使用，在特殊情況下，當保險管并聯(lián)使用時，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。
對于半導體保護用熔斷器（SEMICONDUCTOR FUSE，HIGH SPEED FUSE），其額定電流按UL標準的產(chǎn)品進行降額。當溫度高于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)時間小于60S的過載電流，半導體熔斷器可以根據(jù)產(chǎn)品的時間—電流曲線進行降額，大過載電流應該小于60%It，It是從時間—電流曲線上查得的，過載持續(xù)時間t對應的熔斷電流。

保險絲有快融，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，慢融的在一定時間內(nèi)允許通過很大的電流，也就是抗浪涌能力強。很明顯，開關(guān)電源開機瞬間有很大的浪涌電流，過浪涌實驗時的浪涌電流更大，一般選慢融的保險絲，我們的開關(guān)電源都有過載保護的，當副邊短路的時候，瞬間的電流時很大的，開關(guān)電源會進入短路保護的狀態(tài)下，如果選用的是快融的保險絲的話，那么很可能在這瞬間保險絲就燒掉了的，我們知道保險絲是在開關(guān)電源損壞的狀態(tài)下，比如MOS擊穿了，為了避免故障的進一步擴大化，這個時候需要去熔斷保險絲的，不然又可能會發(fā)生火災的。
那么慢速保險絲是怎樣一回事？
慢速保險絲也叫延時保險絲，它的延時特性表現(xiàn)在電路出現(xiàn)非故障脈沖電流時保持完好而能對長時間的過載提供保護。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絲恐怕就無法正常開機了，若使用更大規(guī)格的保險絲，那么當電路過載時又得不到保護。延時保險絲的熔體經(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。標準對延時特性都有規(guī)定，若標準的規(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)布時間：2017.04.18    來源：世紀電源網(wǎng)
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