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电源研发常见经典问题-2

发布日期:2018/12/27 8:30:06 点击:2826

问题5:电源的传导是怎么形成的?传导的途径有哪些?常用的手段?电源的辐射受哪些东西影响?怎么做大功率的EMC

电源传导测量方式是通过接收输入端口L,N,PE来自电源内部的高频干扰(一般150K30M)

解决传导必须弄清楚通过哪些途径减弱端口接收到的干扰。

通过滤波的方式:一般采用二级共模搭配Y电容来滤去,选择的方式技巧也很重要,布板影响也很大。一般靠近端口放置低U电感,最好是镍锌材质,专门针 对高频,绕线方式采用双线并绕,减少差模成分。后级一般放置感量较大,在4MH10MH附近,只是经验值,具体需要与Y电容搭配。X电容滤差模也需要靠近端口,一般放在二级共模中间。放置Y电容,电容布板时走线需要加粗,不可外挂,否则效果很差。(这些只是输入滤波网络上做文章)

当然也可以从源头上下手,传导是辐射耦合到线路中的结果,减弱了开关辐射也能对传导带来好处。影响辐射的几处一般有MOS管开通速度,整流管导通关断,变压器,以及PFC电感等等。这些电路上的设计需要与其他方面折中不做详述。

一些经验技巧:针对大功率的EMC一般需要增加屏蔽,立竿见影,屏蔽的部位一般有几处选择:

第一:输入EMI电路与开关管间屏蔽,这对EMC有很大的作用,很多靠滤波器无效的采用该方法一般很有效果。

第二:变压器初次级屏蔽,一般设计变压器若有空间最好加上屏蔽。

第三:散热器的位置能很好充当屏蔽,合理布板利用,散热器接地选择也很重要。

第四:判断辐射源头位置,一般有几个简单的方法,不一定完全准确,可以参考,输入线套磁环若对EMC有好处,一般是原边MOS管,输出线套磁环若对EMC有效果,一般是副边输出整流管,尤其是大于100M的高频。可以考虑在输出加电容或者共模电感。

当然还有很多其他的细节技巧,尤其是布板环路方面的,后面对LAYOUT会单独讲解。


问题6: 我们选择拓扑时需要考虑哪些方面的因素?各种拓扑使用环境及优缺点?

设计电源的第一步不知道大家会想到什么呢?我是这么想,细致研究客户的技术指标要求,转换为电源的规格书,与客户沟通指标,不同的指标意味着设计难度和成本,也是对我提出的问题有很大的影响,选择拓扑时根据我们的电源指标结合成本来考虑的,哪常用的几种拓扑特点在哪呢 ?

这里主要谈隔离式,非隔离式应用有限,当然也是成本最低的。

反激:适用在小于150W,理论这么说,实际大于75W就很少用,不谈很特殊的情况。反激的有点成本低,调试容易(相对于半桥,全桥),主要是 磁芯单向励磁,功率由局限性,效率也不高,主要是硬开关,漏感大等等原因。全电压范围(85V-264V)效率一般在80%以下,单电压达到80%很容易。

正激:功率适中,可做中小功率,功率一般在200W以下,当然可以做很大功率,只是不常常这么做,原因是正激和反激一样单向励磁,做大功率磁芯体积要求大,当然采用2个变压器串并联的也有,注意只谈一般情形,不误导新人。正激有点,成本适中,当然比反激高,优点效率比反激高,尤其采用有源箝位做 原边吸收,将漏感能量重新利用。

半桥:目前比较火的是LLC谐振半桥,中小功率,大功率通吃型。(一般大于100W小于3KW)。特点成本比反激正激高,因为多用了1MOS (双向励磁)1个整流管,控制IC也贵,环路设计业复杂(一般采用运放,尤其还要做电流环)。优点:采用软开关,EMC好,效率极高,比正激高,我做过 960W LLC,效率可达96%以上(全电压)(当然PFC是采用无桥方式)。其它半桥我不推荐,至少我不会去用,比较老的不对称桥,很难做到软开关,LLC成熟以前用的多,现在很少用,至少艾默生等大公司都倾向于LLC,跟着主流走一般都不会错。

全桥:一般用在大于2KW以上,首推移相全桥,特点,双向励磁,MOS管应力小,比LLC应力小一半,大功率尤其输入电压较高时,一般用移相全桥, 输入电压低用LLC。成本特别高,比LLC还多用2MOS。这还不是首要的,主要是驱动复杂,一般的IC驱动能力都达不到,要将驱动放大,采用隔离变压器驱动,这里才是成本高的另一方面。

推挽:应用在大功率,尤其是输入电压低的大功率场合,特点电压应力高,当然电流应力小,大功率用全桥还是推挽一般看输入电压。变压器多一个绕组,管子应力要求高,当然常提到的磁偏磁也需要克服。这个我真没用过,没涉及电力电源,很难用到它的时候。


问题7:考虑电源成本时,我们要从哪里下手呢?

设计电源,成本评估必不可少,目前客户将电源的成本压得很低,各大竞争对手无不都在打价格战,大家都能做出电源来,就看谁做得更便宜,才能赢得订单,从哪些方面入手有利于我们成本呢:

第一:技术指标。电源技术指标越高,成本越高,如果你的电源成本高了,那你可以打你的性能指标卖点,多了性能要求,电路增多了成本自然高。也是和客户谈话的资本。

第二:物料采购成本,为什么大公司电源利润高?无非是他们有着优越的采购平台,采购量大,物料成本低,当然成本更低。如果不考虑采购,作为工程师必 须弄清楚不同物料对应的成本,比如能用贴片,少用插件,(比如插件电阻比贴片成本高),能用国产,不用台资,能用台资不用日系,这里的价格差异不菲。(比 如日系电容比国产电容价格高几倍不止!当然质量也有差异)

第三:影响成本的重要器件:变压器,电感,MOS管,电容,光耦,二极管及其他半导体器件,IC等。 不同的变压器厂家绕出来的变压器价格差异很大,MOS管应力,热阻选择够用就行,IC方案的成本等。

其它方面导致成本问题:器件散热器,大小合适,多了就是浪费钱。PCB布板,能用单面板用成双面板就是浪费钱,PCB布板工艺,选择合理的工艺加工成本低,生产效率高。


问题8:电源的环路设计,电源哪些部分影响电源的环路?好的环路有哪些指标决定?

电源的环路设计一直是一个难点,为什么这么说,因为主要影响的因素太多,理论计算很难做到准确,仿真也是基于理想化模型,在这里只谈关于环路设计的一些影响因素,从定性的角度去理解环路以及怎么去做环路补偿。

环路是基于输入输出波动时,需要通过反馈,环路相应告知控制IC去调节,维持输出的稳定。电源环路一般都是串联负反馈,有的是电压串联负反馈(CC模式下),有的是电流串联负反馈(CV模式下)

那有哪些地方会影响环路呢?电路中的零点以及极点。零点一般会导致增益上升,引起90度相移(右半平面零点会引起-90度相移)。极点一般会导致增益下降,引起-90度相移,左半平面极点会引起系统震荡。所以我们需要借助零点极点补偿手段去合理调控我们的环路。对于低频部分,为了满足足够增益一般引入零点补偿,对于高频干扰一般引入极点补偿去抵消,减少高频干扰。

环路稳定的原则是:

1。在穿越频率处(即增益为零dB时的频率),系统的相位余量大于45度。

2.在相位达到-180度时增益的余量大于-12dB。3。避免过快的进入穿越频率,在进入穿越频率附近的曲线斜率为-1

针对一般反激电路:

1.产生零点的有输出滤波电容 :可以使环路增益上升。(一般在中频4K左右,对增益有好处,无需补偿)

2.若工作在CCM模式下还会产生右半平面零点。在高频段,可采用极点补偿。这个一般很难补偿,尽量避免,让穿越频率小于右半平面零点频率(15K 左右,随负载变化会变化)选取。

3。负载会产生低频极点。采用低频零点去补偿。

4.LC滤波器会产生低频极点,需要采用零点补偿。在心中要清楚哪些零极点 是利是弊,针对性补偿。

补偿的电路,针对电源环路来说比较简单,一般采用对运放采用2型补偿,也有的会采用3型补偿很少用。

 


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