開關電源適配器元件及設計之反激

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開關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、散熱、可維修性和可生產性等問題。
那么個EMC問題：
開關電源的噪聲源主要是功率開關管、整流管。減小噪聲的盡量是減小噪聲源的環路面積。電路拓撲如果采取單端反激電路，其主要的開關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。共模噪聲主要產生在功率管關斷器件，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。
開關電源的噪聲源產生于功率回路，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的不穩定。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點采取鋪大面積銅皮的方法。

PCB布板的第二個問題：安規問題
一次側和二次側的電路分開布局，二者保持一定距離；一次側和二次側的隔離帶寬度應滿足安規要求；器件之間的絕緣距離和爬電距離應符合根據其工作電壓查出的安規距離；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；采用符合安規的器件等等。
PCB布板的第三個問題：散熱、可維修性和可生產性
在布局時考慮發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，加上適當的測試點，考慮拆卸元件的便利。了解PCB板加工工藝水平，考慮其生產性。
輸入側的個安規元件—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，保險管內金屬熔體發熱，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，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，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為不帶功率因數校正的功率因數估值，假如有功率因數校正電路此值取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	產品工作區域	B級產品	A級產品
工作電壓	I、II工作區壞情況	＜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	產品工作區域	B級產品	A級產品
工作電流	工作區壞情況	IEC標準＜95%額定電流
		UL標準＜75%額定電流
	短時工作區壞情況	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

短使工作區是指連續工作時間不大于10min的工作區域，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，環境溫度升高10度，降額1.5%。
保險管一般不并聯使用，在特殊情況下，當保險管并聯使用時，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標準的產品進行降額。當溫度高于40度，環境溫度每升高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。
對于持續時間小于60S的過載電流，半導體熔斷器可以根據產品的時間—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允許通過很大的電流，也就是抗浪涌能力強。很明顯，開關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，開關電源會進入短路保護的狀態下，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電源損壞的狀態下，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，它的延時特性表現在電路出現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特殊加工而成，它具有吸收能量的作用，調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定，若標準的規定特性無法滿足您的要求，您可以與開關電源制造商聯系以得到解決。

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| 發布時間：2017.04.18 來源：世紀電源網

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