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1、POWER功能單元簡介根據DA30C機種功能單元方框圖分以下几個部分進行闡述。1交流輸入部分:包括保險絲(F1)熱敏電阻(NTC1)以及EMI抑制電路(CX2,LF1,LF2)。2整流濾波部分:包括整流橋(BD1)以及大電解電容(C1)。3二次側整流濾波部分包括+5V組整流二極管(D3)濾波電路(C5L1C6)尖峰抑制電路(R5255C4)+12V組類似。4IC輔助電源部分包括起動電阻(R916)和輔助供電繞組(T1B,D1,R2124,C3)兩個部分。5原邊繞組尖峰抑制電路部分包括元件D2,R2533,C2等。6PWM電流控制器部分包括振蕩電路(R1,C12)輕載降頻部分(R18,D5實際未
2、使用)二次側反饋信號調整電路(R17,C10,光耦合二次側)電流偵測電路(R34,R20,C11)MOS管驅動電路(R2,R42,D7) 功率平衡電路(T1A,D6,R19) 光耦合失效過功率保護路(ZD1)等。7電壓調節和過流保護電路部分包括基准電壓源電路(R4,U2TL431),過流保護部分(R4951,C1517,U4A,D8),電壓調節部分(R3,R48,R44,C14,U4B,D9)等。另外+5V上的電阻R7和+12V上的LED1,R5962是假負載。交流輸入部分:參考下圖130C機種的交流輸入部分包括保險絲(F1)熱敏電阻(NTC1)以及EMI抑制電路(CX2,LF1,LF2),各
3、個部分的功能見下面的闡述。圖1 交流輸入部分一、 保險絲(F1)保險絲也被稱為熔斷器IEC127標准將它定義為”熔斷體(fuse-link)”。它是一種安裝在電路中保証安全運行的電器元件。保險絲的作用是當電路發生故障或異常時伴隨著電流不斷升高并且升高的電流有可能損壞電路中的某些重要器件或貴重器件也有可能燒毀電路甚至造成火災。若電路中正確地安裝了保險絲那么保險絲就會在電流異常升高一定的程度自身熔斷切斷電流從而起到保護電路安全運行的作用。一般情況下對保險絲負載容量有以下保險絲負載容量超過額定值120%時能夠持續導通無熔斷現象負載容量超過額定值210%時應于2分鐘內熔斷負載容量超過額定值275%時應
4、于10秒鐘內熔斷并在熔斷后繼續加電壓5分鐘不得發生任何放電現象亞源設計一般使用慢速保險絲對30W以下機種使用1A/250V對30W以上機種使用2A/250V。二、 熱敏電阻(NTC1)一般來說,電源供應器在打開瞬間都會有极大的峰值突波電流,而這些電流造成原因是由於濾波電容器之充電而引起的,在開關導通時,交流通路上就會呈現非常低的阻抗,其大小約等於ESR值.因此,線路中若沒有保護元件,其突波電流可達到數百安培,這是非常危險的.為了解決突波電流至安全值範圍以及開關在導通時交流通路的阻抗值問題,我們使用負溫度系數的熱敏電阻.使用負溫度系數(NTC)的熱敏電阻,可放置在交流通路或放置在橋式整流器後的直
5、流通路上.當電容器開始充電時,電流開始流經熱敏電阻,此時熱敏電阻就會有發熱現象產生,由於本身的負溫度系數特性,當熱敏電阻溫度升高後,其電阻值反而下降了,所以在穩態負載電流下,其電阻值將會最小,而且也不會影響到整機的效率.一般選用熱敏電阻規格為”2.5/5A,20%”,可以保證突波電流在規格範圍內:30A Max 1st half cycle of 115Vac input&cold start.60A Max 1st half cycle of 230Vac input&cold start.三EMI抑制電路(CX2,LF1,LF2)開關電源中的功率開關管在高頻下的通斷過程中產生大幅度的電壓電
6、流跳變因而產生強大的電磁干擾但干擾的頻率范圍(30MHz)比較低。多數小功率開關電源的几何尺寸遠小于30MHz電磁場對應的波長(空氣中介質約為10m)開關電源系統研究的電磁干擾現象屬于似穩場的范圍研究他們的電磁干擾問題時主要考慮的是傳導干擾。電磁干擾(EMI)電源濾波器(以下簡稱濾波器)是由電感、電容組成的無源器件.實際上它起兩個低通濾波器的作用,一個衰減共模干擾(疊加於火線(L)、零線(N)和地線(E)之間的干擾電壓),另一個衰減差模干擾(疊加於火線(L)和零線(N)之間的干擾電壓).它能在阻帶(通常大於10KHz)範圍內衰減射頻能量而讓工頻無衰減或很少衰減地通過.EMI電源濾波器是電子設備
7、計工程中控制傳導干擾和輻射電磁干擾的首選工具。設在DA30C機種中主要考慮抑制差模干擾EMI抑制電路(CX2,LF1,LF2)中X電容CX2對高頻干擾表現低阻抗而電感LF1LF2對高頻干擾表現高阻抗所以高頻差模干擾能夠被X電容”短路”掉。根據設備的額定工作電壓、額定工作電流和工作頻率來確定濾波器的類型。濾波器的額定電流不要取的過小，否則會損壞濾波器或降低濾波器的壽命。但額定工作電流也不要取的過大，這是因為電流大會增大濾波器的體積或降低濾波器的電性能，為了既不降低濾波器的電性能，又能保證濾波器安全工作，一般按設備額定電流的1.2倍來確定濾波器的額定工作電流. 另外還要對濾波器進行耐壓測試為確保(
8、交流)電源濾波器的質量,出廠前全部進行耐壓測試。測試標準為:火線與零線之間施加1450V直流高壓,時間一分鐘,不發生放電現象和嘰嘰聲。對DA30C機種CX2選用規格為0.33UF,20%耐壓275V的X電容LF1選用規格為7mH min電感, LF2選用規格為111.5uH電感。整流濾波部分:參考下圖230C機種的整流濾波部分包括整流橋(BD1)以及大電解電容(C1),各個部分的功能見下面的闡述。圖2 整流濾波部分一輸入整流器:我們使用橋式整流,不管是整體包裝整流器還是分立元件組成,一般要求考慮以下規格:a,最大順向整流容許值,此值依電源供應器所設計的功率大小來決定,所選擇的二極體至少能隨所計
9、算出來的二倍穩態電流值;b,峰值逆向電壓阻隔值,由於輸入部分所使用的整流器都是在較高電壓狀態,因此在選擇二極體時,需考慮其峰值逆向電壓的額定值,一般都在600V以上;c,還要考慮具有較高的突波電流容許值,避免開關在打開瞬間其峰電流破壞二極體.DA30C機種一般選用1A/600V的整流橋。二輸入濾波電容器:如何正確地計算與選擇濾波電容器,要考慮以下因素:電源供應器輸出的低頻交流漣波(ripple)與保持時間(holdover time),一般來說高品質的電解電容器就具有好的漣波電流容許能力,以及低的ESR值,此時電解電容至少工作於400Vdc電壓下.計算濾波電容器的公式如下:C:電容器,單位uF
10、E:負載電流,單位AT:電容器所能提供電流時間,單位msV:容許的峰對峰漣波值,單位V例如:25.5W的轉換式電源供應器,工作於115Vac/60Hz情況下,效率為72%,試計算輸入濾波電容之值.解:25.5W輸出效率為72%的情況下,可求其輸入功率為:由於是橋式整流,可求得在115Vac交流輸入電壓下,直流輸出電壓為:115x1.4=161Vdc,因此直流負載電流為:我們設計能容許的峰峰漣波值為30V,而且要求電容器在每一半周情況下必須維持電壓準位,對60Hz交流電來說,每一半周時間大約是8ms,所以有:考慮電容器的餘量選用68uf電容二次側整流濾波部分參考下圖330C機種有兩組直流輸出上面
11、一組是+5V輸出整流二極管(D3)濾波電路(C5L1C6)尖峰抑制電路(R5255C4)二极體D3與電容器C5的作用就是產生直流電壓輸出,加入額外的LC濾波器(L1C6),來抑制高頻轉換波尖,下面一組是+12V輸出電子電路類似。各個部分的功能見下面的闡述。圖3二次側整流濾波部分一輸出整流器(D3)在設計電源供給器輸出部份最重要的參數為整流二极體所需的最小直流阻隔電壓值,對返地式轉換器來說,整流二极體D1必須有1.2Vin(Ns/Np)最小的逆向電壓額定值.轉換式電源供給器中,對功率整流器二极體的要求就是必須具有低值的順向電壓降,快速回復的特性,與適當的功率容許值.一般的PN接面二极體是不適合於
12、轉換應用的,這是因為它的回復速度較慢.而且效率較低.在轉換式電源供給器中,一般常用的整流二极體有三種型式:(1)高效率快速回復二极體,(2)高效率超快速回復二极體,(3)肖特基障壁整流二极體.肖特基障壁整流二极體具有較小的順向電壓降,因此能提供較高的效率.快速與超快速回復二极體快速與超快速回復二极體具有較高的順向電壓降,其範圍約為0.8V至1.2V之間,由於具有較高的順向電壓降與高阻隔電壓容許值,所以這些二极體特別適合於低功率,且輸出在12V以上的輔助電壓整流之用.由於目前大多數的轉換式電源供給器都是操作20kHz以上的頻率,因此,使用快速與超快速回復二极體可提供減少逆向回復時間trr在千分之
13、一微秒範圍,所以經常我們在選用快速回復二极體時,其trr值至少要小於轉換電晶體上升時間的三倍.這些二极體也能減少輸出漣波電壓的轉換波尖,雖然”柔和(soft)”回復二极體會有較小的雜訊,其較長的trr時間與較高的逆向電流Irm會產生較大的轉換損失,在圖4所示為陡峭的與柔和的回復二极體的逆向回復特性.在轉換式電源供給器中,所用的快速與超快速轉換二极體,在當做輸出整流器時,是否需散熱裝置,全依最大的工作功率而定.一般這些二极體都有非常高的接面溫度,大約在175左右,而且大多數的製造廠商都會提供詳細的規格圖表,此將使得設計者能夠計算出最大輸出工作電流對引線或是外殼的溫度.圖4 波形a描述整流器的動作
14、行為在特定斜坡額定率dI/dt下由順向導通開關至逆向狀態此畫圈部分的波形則為逆向回復的一部分。波形b描述的則為陡峭回復二極體。波形c描述的則為柔和回復二極體。需要注意的是在此兩個不同類型的回復二極體之間其trr與Irr之值會有顯著的不同。肖特基障壁整流器肖特基障壁整流器有极低的順向電壓降,約為0.5V左右,甚至在較高的順向電流情況下,亦保有此极低之值,也就是因為這個緣故,使得肖特基整流器在低電壓輸出時特別地有效,就如5V的輸出電壓.此外,當肖特基接面溫度升高時,順向電壓降會變得更低.在肖特基障壁整流器中逆向回復時間是可忽略的,這是因為此元件為多數載子半導體,因此,在轉換期間就沒有少數載子的儲存
15、電荷被移去.不幸的是,肖特基障壁整器有二個主要的缺點.首先是其逆向阻隔容許值較低.目前約為100V左右.其次因為具有較高的逆向漏電流值,使得較其它型式的整流器更容易產生熱跑脫的現象.然而這些問題還是可以被避免的,只要使用暫態過電壓保護電路與謹慎的選擇操作接面溫度.整流器在使用時最好能做熱分析,有必要時選擇適當的散熱片使用,可以防止熱跑脫現象,避免整流器被破壞,一般製造廠商都會提供減額二极體電流對外殼溫度的曲線.在先前我們會經討論過返馳式轉換器中的輸出二極體,僅在轉換器轉換周期部份時間里才會導通,換句話說,也就是在轉換電晶體的OFF狀態時間裡.因此,輸出整流器在尋通時間週期裡,必須能夠隨整個輸出電流之容許值.輸出二极體最小峰值的順向電流值可為在此為轉換器的最大工作週期系數 假設DA30C機種=0.5,對返馳式轉換器來說,則=2例題試計算在最大輸出46.5W的PWM返馳式轉換器中,輸出整流器的峰值順向電流額定值,其輸出為5VdcPEAK2A(OverLoad4.0A)/12VdcFullLoad1.5APEAK2A,最大工作週期系數為=0.5。解由公式=2我們可
