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開關(guān)電源適配器元件及設(shè)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(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)淙绻扇味朔醇る娐罚渲饕拈_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(yīng)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(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，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(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(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(dāng)?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(shè)計和考量： 保險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)電流流過保險管時，保險管內(nèi)金屬熔體發(fā)熱，當(dāng)電流小于額定電流時，熔體的溫度低于熔點；當(dāng)電流大于額定電流，熔體溫度超過熔點而導(dǎo)致融化。 那么基于保險管的以上基本作用，我們在設(shè)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(rèn)為沒有電壓的（很小），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(dá)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(shè)計的評估值） Vinmin 小的輸入電壓 2為經(jīng)驗值，在實際應(yīng)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：
交流保險管與直流保險管一般不能相互替代，僅當(dāng)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。
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(yīng)用與對過載能力有時間限制的場合。 當(dāng)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(jìn)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(dāng)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(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是從時間—電流曲線上查得的，過載持續(xù)時間t對應(yīng)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(hù)的，當(dāng)副邊短路的時候，瞬間的電流時很大的，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(jìn)一步擴(kuò)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(zāi)的。
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| | 發(fā)布時間：2017.04.18 來源：世紀(jì)電源網(wǎng) | |||||||||||||||||||||||
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