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電源研發(fā)常見經(jīng)典問題-2

發(fā)布日期:2018/12/27 8:30:06 點(diǎn)擊:11591

問題5:電源的傳導(dǎo)是怎么形成的?傳導(dǎo)的途徑有哪些?常用的手段?電源的輻射受哪些東西影響?怎么做大功率的EMC?

電源傳導(dǎo)測量方式是通過接收輸入端口L,N,PE來自電源內(nèi)部的高頻干擾(一般150K30M)

解決傳導(dǎo)必須弄清楚通過哪些途徑減弱端口接收到的干擾。

通過濾波的方式:一般采用二級(jí)共模搭配Y電容來濾去,選擇的方式技巧也很重要,布板影響也很大。一般靠近端口放置低U電感,最好是鎳鋅材質(zhì),專門針 對(duì)高頻,繞線方式采用雙線并繞,減少差模成分。后級(jí)一般放置感量較大,在4MH10MH附近,只是經(jīng)驗(yàn)值,具體需要與Y電容搭配。X電容濾差模也需要靠近端口,一般放在二級(jí)共模中間。放置Y電容,電容布板時(shí)走線需要加粗,不可外掛,否則效果很差。(這些只是輸入濾波網(wǎng)絡(luò)上做文章)

當(dāng)然也可以從源頭上下手,傳導(dǎo)是輻射耦合到線路中的結(jié)果,減弱了開關(guān)輻射也能對(duì)傳導(dǎo)帶來好處。影響輻射的幾處一般有MOS管開通速度,整流管導(dǎo)通關(guān)斷,變壓器,以及PFC電感等等。這些電路上的設(shè)計(jì)需要與其他方面折中不做詳述。

一些經(jīng)驗(yàn)技巧:針對(duì)大功率的EMC一般需要增加屏蔽,立竿見影,屏蔽的部位一般有幾處選擇:

第一:輸入EMI電路與開關(guān)管間屏蔽,這對(duì)EMC有很大的作用,很多靠濾波器無效的采用該方法一般很有效果。

第二:變壓器初次級(jí)屏蔽,一般設(shè)計(jì)變壓器若有空間最好加上屏蔽。

第三:散熱器的位置能很好充當(dāng)屏蔽,合理布板利用,散熱器接地選擇也很重要。

第四:判斷輻射源頭位置,一般有幾個(gè)簡單的方法,不一定完全準(zhǔn)確,可以參考,輸入線套磁環(huán)若對(duì)EMC有好處,一般是原邊MOS管,輸出線套磁環(huán)若對(duì)EMC有效果,一般是副邊輸出整流管,尤其是大于100M的高頻??梢钥紤]在輸出加電容或者共模電感。

當(dāng)然還有很多其他的細(xì)節(jié)技巧,尤其是布板環(huán)路方面的,后面對(duì)LAYOUT會(huì)單獨(dú)講解。


問題6: 我們選擇拓?fù)鋾r(shí)需要考慮哪些方面的因素?各種拓?fù)涫褂铆h(huán)境及優(yōu)缺點(diǎn)?

設(shè)計(jì)電源的第一步不知道大家會(huì)想到什么呢?我是這么想,細(xì)致研究客戶的技術(shù)指標(biāo)要求,轉(zhuǎn)換為電源的規(guī)格書,與客戶溝通指標(biāo),不同的指標(biāo)意味著設(shè)計(jì)難度和成本,也是對(duì)我提出的問題有很大的影響,選擇拓?fù)鋾r(shí)根據(jù)我們的電源指標(biāo)結(jié)合成本來考慮的,哪常用的幾種拓?fù)涮攸c(diǎn)在哪呢 ?

這里主要談隔離式,非隔離式應(yīng)用有限,當(dāng)然也是成本最低的。

反激:適用在小于150W,理論這么說,實(shí)際大于75W就很少用,不談很特殊的情況。反激的有點(diǎn)成本低,調(diào)試容易(相對(duì)于半橋,全橋),主要是 磁芯單向勵(lì)磁,功率由局限性,效率也不高,主要是硬開關(guān),漏感大等等原因。全電壓范圍(85V-264V)效率一般在80%以下,單電壓達(dá)到80%很容易。

正激:功率適中,可做中小功率,功率一般在200W以下,當(dāng)然可以做很大功率,只是不常常這么做,原因是正激和反激一樣單向勵(lì)磁,做大功率磁芯體積要求大,當(dāng)然采用2個(gè)變壓器串并聯(lián)的也有,注意只談一般情形,不誤導(dǎo)新人。正激有點(diǎn),成本適中,當(dāng)然比反激高,優(yōu)點(diǎn)效率比反激高,尤其采用有源箝位做 原邊吸收,將漏感能量重新利用。

半橋:目前比較火的是LLC諧振半橋,中小功率,大功率通吃型。(一般大于100W小于3KW)。特點(diǎn)成本比反激正激高,因?yàn)槎嘤昧?span>1個(gè)MOS (雙向勵(lì)磁)1個(gè)整流管,控制IC也貴,環(huán)路設(shè)計(jì)業(yè)復(fù)雜(一般采用運(yùn)放,尤其還要做電流環(huán))。優(yōu)點(diǎn):采用軟開關(guān),EMC好,效率極高,比正激高,我做過 960W LLC,效率可達(dá)96%以上(全電壓)(當(dāng)然PFC是采用無橋方式)。其它半橋我不推薦,至少我不會(huì)去用,比較老的不對(duì)稱橋,很難做到軟開關(guān),LLC成熟以前用的多,現(xiàn)在很少用,至少艾默生等大公司都傾向于LLC,跟著主流走一般都不會(huì)錯(cuò)。

全橋:一般用在大于2KW以上,首推移相全橋,特點(diǎn),雙向勵(lì)磁,MOS管應(yīng)力小,比LLC應(yīng)力小一半,大功率尤其輸入電壓較高時(shí),一般用移相全橋, 輸入電壓低用LLC。成本特別高,比LLC還多用2個(gè)MOS。這還不是首要的,主要是驅(qū)動(dòng)復(fù)雜,一般的IC驅(qū)動(dòng)能力都達(dá)不到,要將驅(qū)動(dòng)放大,采用隔離變壓器驅(qū)動(dòng),這里才是成本高的另一方面。

推挽:應(yīng)用在大功率,尤其是輸入電壓低的大功率場合,特點(diǎn)電壓應(yīng)力高,當(dāng)然電流應(yīng)力小,大功率用全橋還是推挽一般看輸入電壓。變壓器多一個(gè)繞組,管子應(yīng)力要求高,當(dāng)然常提到的磁偏磁也需要克服。這個(gè)我真沒用過,沒涉及電力電源,很難用到它的時(shí)候。


問題7:考慮電源成本時(shí),我們要從哪里下手呢?

設(shè)計(jì)電源,成本評(píng)估必不可少,目前客戶將電源的成本壓得很低,各大競爭對(duì)手無不都在打價(jià)格戰(zhàn),大家都能做出電源來,就看誰做得更便宜,才能贏得訂單,從哪些方面入手有利于我們成本呢:

第一:技術(shù)指標(biāo)。電源技術(shù)指標(biāo)越高,成本越高,如果你的電源成本高了,那你可以打你的性能指標(biāo)賣點(diǎn),多了性能要求,電路增多了成本自然高。也是和客戶談話的資本。

第二:物料采購成本,為什么大公司電源利潤高?無非是他們有著優(yōu)越的采購平臺(tái),采購量大,物料成本低,當(dāng)然成本更低。如果不考慮采購,作為工程師必 須弄清楚不同物料對(duì)應(yīng)的成本,比如能用貼片,少用插件,(比如插件電阻比貼片成本高),能用國產(chǎn),不用臺(tái)資,能用臺(tái)資不用日系,這里的價(jià)格差異不菲。(比 如日系電容比國產(chǎn)電容價(jià)格高幾倍不止!當(dāng)然質(zhì)量也有差異)

第三:影響成本的重要器件:變壓器,電感,MOS管,電容,光耦,二極管及其他半導(dǎo)體器件,IC等。 不同的變壓器廠家繞出來的變壓器價(jià)格差異很大,MOS管應(yīng)力,熱阻選擇夠用就行,IC方案的成本等。

其它方面導(dǎo)致成本問題:器件散熱器,大小合適,多了就是浪費(fèi)錢。PCB布板,能用單面板用成雙面板就是浪費(fèi)錢,PCB布板工藝,選擇合理的工藝加工成本低,生產(chǎn)效率高。


問題8:電源的環(huán)路設(shè)計(jì),電源哪些部分影響電源的環(huán)路?好的環(huán)路有哪些指標(biāo)決定?

電源的環(huán)路設(shè)計(jì)一直是一個(gè)難點(diǎn),為什么這么說,因?yàn)橹饕绊懙囊蛩靥?,理論?jì)算很難做到準(zhǔn)確,仿真也是基于理想化模型,在這里只談關(guān)于環(huán)路設(shè)計(jì)的一些影響因素,從定性的角度去理解環(huán)路以及怎么去做環(huán)路補(bǔ)償。

環(huán)路是基于輸入輸出波動(dòng)時(shí),需要通過反饋,環(huán)路相應(yīng)告知控制IC去調(diào)節(jié),維持輸出的穩(wěn)定。電源環(huán)路一般都是串聯(lián)負(fù)反饋,有的是電壓串聯(lián)負(fù)反饋(CC模式下),有的是電流串聯(lián)負(fù)反饋(CV模式下)。

那有哪些地方會(huì)影響環(huán)路呢?電路中的零點(diǎn)以及極點(diǎn)。零點(diǎn)一般會(huì)導(dǎo)致增益上升,引起90度相移(右半平面零點(diǎn)會(huì)引起-90度相移)。極點(diǎn)一般會(huì)導(dǎo)致增益下降,引起-90度相移,左半平面極點(diǎn)會(huì)引起系統(tǒng)震蕩。所以我們需要借助零點(diǎn)極點(diǎn)補(bǔ)償手段去合理調(diào)控我們的環(huán)路。對(duì)于低頻部分,為了滿足足夠增益一般引入零點(diǎn)補(bǔ)償,對(duì)于高頻干擾一般引入極點(diǎn)補(bǔ)償去抵消,減少高頻干擾。

環(huán)路穩(wěn)定的原則是:

1.在穿越頻率處(即增益為零dB時(shí)的頻率),系統(tǒng)的相位余量大于45度。

2.在相位達(dá)到-180度時(shí)增益的余量大于-12dB.3.避免過快的進(jìn)入穿越頻率,在進(jìn)入穿越頻率附近的曲線斜率為-1

針對(duì)一般反激電路:

1.產(chǎn)生零點(diǎn)的有輸出濾波電容 :可以使環(huán)路增益上升。(一般在中頻4K左右,對(duì)增益有好處,無需補(bǔ)償)

2.若工作在CCM模式下還會(huì)產(chǎn)生右半平面零點(diǎn)。在高頻段,可采用極點(diǎn)補(bǔ)償。這個(gè)一般很難補(bǔ)償,盡量避免,讓穿越頻率小于右半平面零點(diǎn)頻率(15K 左右,隨負(fù)載變化會(huì)變化)選取。

3.負(fù)載會(huì)產(chǎn)生低頻極點(diǎn)。采用低頻零點(diǎn)去補(bǔ)償。

4.LC濾波器會(huì)產(chǎn)生低頻極點(diǎn),需要采用零點(diǎn)補(bǔ)償。在心中要清楚哪些零極點(diǎn) 是利是弊,針對(duì)性補(bǔ)償。

補(bǔ)償?shù)碾娐?,針?duì)電源環(huán)路來說比較簡單,一般采用對(duì)運(yùn)放采用2型補(bǔ)償,也有的會(huì)采用3型補(bǔ)償很少用。

 


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