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1、1 目的希望以簡短的篇幅，將公司目前設計的流程做介紹，若有介紹不當之處，請不吝指教.2 設計步驟:2.1 繪線路圖、PCB Layout.2.2 變壓器計算.2.3 零件選用.2.4 設計驗證.3 設計流程介紹(以DA-14B33為例):3.1 線路圖、PCB Layout請參考資識庫中說明.3.2 變壓器計算:變壓器是整個電源供應器的重要核心，所以變壓器的計算及驗証是很重要的，以下即就DA-14B33變壓器做介紹.3.2.1 決定變壓器的材質及尺寸: 依據變壓器計算公式 B(max)=鐵心飽合的磁通密度(Gauss) Lp=一次側電感值(uH) Ip=一次側峰值電流(A) Np=一次側(主線
2、圈)圈數 Ae=鐵心截面積(cm2) B(max) 依鐵心的材質及本身的溫度來決定，以TDK Ferrite Core PC40為例，100時的B(max)為3900 Gauss，設計時應考慮零件誤差，所以一般取30003500 Gauss之間，若所設計的power為Adapter(有外殼)則應取3000 Gauss左右，以避免鐵心因高溫而飽合，一般而言鐵心的尺寸越大，Ae越高，所以可以做較大瓦數的Power。3.2.2 決定一次側濾波電容:濾波電容的決定，可以決定電容器上的Vin(min)，濾波電容越大，Vin(win)越高，可以做較大瓦數的Power，但相對價格亦較高。3.2.3 決定變壓
3、器線徑及線數:當變壓器決定後，變壓器的Bobbin即可決定，依據Bobbin的槽寬，可決定變壓器的線徑及線數，亦可計算出線徑的電流密度，電流密度一般以6A/mm2為參考，電流密度對變壓器的設計而言，只能當做參考值，最終應以溫昇記錄為準。3.2.4 決定Duty cycle (工作週期):由以下公式可決定Duty cycle ，Duty cycle的設計一般以50%為基準，Duty cycle若超過50%易導致振盪的發生。 NS = 二次側圈數 NP = 一次側圈數 Vo = 輸出電壓 VD= 二極體順向電壓 Vin(min) = 濾波電容上的谷點電壓 D = 工作週期(Duty cycle)3
4、.2.5 決定Ip值: Ip = 一次側峰值電流 Iav = 一次側平均電流 Pout = 輸出瓦數 效率 PWM震盪頻率3.2.6 決定輔助電源的圈數:依據變壓器的圈比關係，可決定輔助電源的圈數及電壓。3.2.7 決定MOSFET及二次側二極體的Stress(應力):依據變壓器的圈比關係，可以初步計算出變壓器的應力(Stress)是否符合選用零件的規格，計算時以輸入電壓264V(電容器上為380V)為基準。3.2.8 其它:若輸出電壓為5V以下，且必須使用TL431而非TL432時，須考慮多一組繞組提供Photo coupler及TL431使用。3.2.9 將所得資料代入公式中，如此可得出B
5、(max)，若B(max)值太高或太低則參數必須重新調整。3.2.10 DA-14B33變壓器計算: 輸出瓦數13.2W(3.3V/4A)，Core = EI-28，可繞面積(槽寬)=10mm，Margin Tape = 2.8mm(每邊)，剩餘可繞面積=4.4mm. 假設fT = 45 KHz ，Vin(min)=90V，=0.7，P.F.=0.5(cos)，Lp=1600 Uh 計算式:l 變壓器材質及尺寸: 由以上假設可知材質為PC-40，尺寸=EI-28，Ae=0.86cm2，可繞面積(槽寬)=10mm，因Margin Tape使用2.8mm，所以剩餘可繞面積為4.4mm. 假設濾波電
6、容使用47uF/400V，Vin(min)暫定90V。l 決定變壓器的線徑及線數: 假設NP使用0.32的線電流密度=可繞圈數= 假設Secondary使用0.35的線電流密度= 假設使用4P，則電流密度=可繞圈數=l 決定Duty cycle: 假設Np=44T，Ns=2T，VD=0.5(使用schottky Diode)l 決定Ip值:l 決定輔助電源的圈數:假設輔助電源=12V NA1=6.3圈假設使用0.23的線可繞圈數=若NA1=6Tx2P，則輔助電源=11.4Vl 決定MOSFET及二次側二極體的Stress(應力):MOSFET(Q1) =最高輸入電壓(380V)+ =463.6
7、VDiode(D5)=輸出電壓(Vo)+x最高輸入電壓(380V)=20.57VDiode(D4)=41.4Vl 其它:因為輸出為3.3V，而TL431的Vref值為2.5V，若再加上photo coupler上的壓降約1.2V，將使得輸出電壓無法推動Photo coupler及TL431，所以必須另外增加一組線圈提供迴授路徑所需的電壓。假設NA2 = 4T使用0.35線，則可繞圈數=，所以可將NA2定為4Tx2Pll 變壓器的接線圖:0.35x2Px4T0.35x4Px2T0.32x1Px22T0.32x1Px22T0.23x2Px6T3.3 零件選用:零件位置(標註)請參考線路圖: (DA
8、-14B33 Schematic)3.3.1 FS1:由變壓器計算得到Iin值，以此Iin值(0.42A)可知使用公司共用料2A/250V，設計時亦須考慮Pin(max)時的Iin是否會超過保險絲的額定值。3.3.2 TR1(熱敏電阻):電源啟動的瞬間，由於C1(一次側濾波電容)短路，導致Iin電流很大，雖然時間很短暫，但亦可能對Power產生傷害，所以必須在濾波電容之前加裝一個熱敏電阻，以限制開機瞬間Iin在Spec之內(115V/30A，230V/60A)，但因熱敏電阻亦會消耗功率，所以不可放太大的阻值(否則會影響效率)，一般使用SCK053(3A/5)，若C1電容使用較大的值，則必須考慮
9、將熱敏電阻的阻值變大(一般使用在大瓦數的Power上)。3.3.3 VDR1(突波吸收器):當雷極發生時，可能會損壞零件，進而影響Power的正常動作，所以必須在靠AC輸入端 (Fuse之後)，加上突波吸收器來保護Power(一般常用07D471K)，但若有價格上的考量，可先忽略不裝。3.3.4 CY1，CY2(Y-Cap):Y-Cap一般可分為Y1及Y2電容，若AC Input有FG(3 Pin)一般使用Y2- Cap ， AC Input若為2Pin(只有L，N)一般使用Y1-Cap，Y1與Y2的差異，除了價格外(Y1較昂貴)，絕緣等級及耐壓亦不同(Y1稱為雙重絕緣，絕緣耐壓約為Y2的兩倍
10、，且在電容的本體上會有“回”符號或註明Y1)，此電路因為有FG所以使用Y2-Cap，Y-Cap會影響EMI特性，一般而言越大越好，但須考慮漏電及價格問題，漏電(Leakage Current )必須符合安規須求(3Pin公司標準為750uA max)。3.3.5 CX1(X-Cap)、RX1:X-Cap為防制EMI零件，EMI可分為Conduction及Radiation兩部分，Conduction規範一般可分為: FCC Part 15J Class B 、 CISPR 22(EN55022) Class B 兩種 ， FCC測試頻率在450K30MHz，CISPR 22測試頻率在150K3
11、0MHz， Conduction可在廠內以頻譜分析儀驗證，Radiation 則必須到實驗室驗證，X-Cap 一般對低頻段(150K 數M之間)的EMI防制有效，一般而言X-Cap愈大，EMI防制效果愈好(但價格愈高)，若X-Cap在0.22uf以上(包含0.22uf)，安規規定必須要有洩放電阻(RX1，一般為1.2M 1/4W)。3.3.6 LF1(Common Choke):EMI防制零件，主要影響Conduction 的中、低頻段，設計時必須同時考慮EMI特性及溫昇，以同樣尺寸的Common Choke而言，線圈數愈多(相對的線徑愈細)，EMI防制效果愈好，但溫昇可能較高。3.3.7 B
12、D1(整流二極體):將AC電源以全波整流的方式轉換為DC，由變壓器所計算出的Iin值，可知只要使用1A/600V的整流二極體，因為是全波整流所以耐壓只要600V即可。3.3.8 C1(濾波電容):由C1的大小(電容值)可決定變壓器計算中的Vin(min)值，電容量愈大，Vin(min)愈高但價格亦愈高，此部分可在電路中實際驗證Vin(min)是否正確，若AC Input 範圍在90V132V (Vc1 電壓最高約190V)，可使用耐壓200V的電容;若AC Input 範圍在90V264V(或180V264V)，因Vc1電壓最高約380V，所以必須使用耐壓400V的電容。3.3.9 D2(輔助
13、電源二極體):整流二極體，一般常用FR105(1A/600V)或BYT42M(1A/1000V)，兩者主要差異:1. 耐壓不同(在此處使用差異無所謂)2. VF不同(FR105=1.2V，BYT42M=1.4V)3.3.10 R10(輔助電源電阻):主要用於調整PWM IC的VCC電壓，以目前使用的3843而言，設計時VCC必須大於8.4V(Min. Load時)，但為考慮輸出短路的情況，VCC電壓不可設計的太高，以免當輸出短路時不保護(或輸入瓦數過大)。3.3.11 C7(濾波電容):輔助電源的濾波電容，提供PWM IC較穩定的直流電壓，一般使用100uf/25V電容。3.3.12 Z1(Z
14、ener 二極體):當回授失效時的保護電路，回授失效時輸出電壓衝高，輔助電源電壓相對提高，此時若沒有保護電路，可能會造成零件損壞，若在3843 VCC與3843 Pin3腳之間加一個Zener Diode，當回授失效時Zener Diode會崩潰，使得Pin3腳提前到達1V，以此可限制輸出電壓，達到保護零件的目的.Z1值的大小取決於輔助電源的高低，Z1的決定亦須考慮是否超過Q1的VGS耐壓值，原則上使用公司的現有料(一般使用1/2W即可).3.3.13 R2(啟動電阻):提供3843第一次啟動的路徑，第一次啟動時透過R2對C7充電，以提供3843 VCC所需的電壓，R2阻值較大時，turn o
15、n的時間較長，但短路時Pin瓦數較小，R2阻值較小時，turn on的時間較短，短路時Pin瓦數較大，一般使用220K/2W M.O。.3.3.14 R4 (Line Compensation):高、低壓補償用，使3843 Pin3腳在90V/47Hz及264V/63Hz接近一致(一般使用750K1.5M 1/4W之間)。3.3.15 R3，C6，D1 (Snubber):此三個零件組成Snubber，調整Snubber的目的:1.當Q1 off瞬間會有Spike產生，調整Snubber可以確保Spike不會超過Q1的耐壓值，2.調整Snubber可改善EMI.一般而言，D1使用1N4007(1A/1000V)EMI特性會較好.R3使用2W M.O.電阻，C6的耐壓值以兩端實際壓差為準(一般使用耐壓500V的陶質電容)。3.3.16 Q1(N-MOS):目前常使用的為3A/600V及6A/600V兩種，6A
