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東莞市玖琪實業有限公司
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120W電源適配器設計過程 | ||||||||||||||||||||||||||
| 伴隨著電子類產品在人們日常生活逐漸增多的使用，而任何的電子類產品也都依靠電源適配器，繼而也產生了許多難題，如能源消耗和生命安全等等。世界各國對電源適配器產品都會有相對應的法規標準，~CCC、UL、TUV、CE、FCC等，所以說如何為消費者提供一個安全性強，功能好，費用也實惠的電源適配器產品，是任何電源工程師都必須面臨的難題。下面主要結合東莞市玖琪實業有限公司用實例講解其在120W功率范圍內的使用成本和性能上的優點。 設計考量 電源工程師拿到一個電源適配器產品的設計需求時，大多數會按圖1所表示的順序來考量； 系統規格 首先要了解電源適配器的規格，如電源適配器輸入電壓必要條件，輸出電壓和電流規格，工作效率和輸入電流諧波需求(簡稱THD)，還有產品的外型尺寸，安全標準及使用環境等。 電源適配器結構 按照規格標準挑選適宜的電源適配器結構(常見有反激式，正激式，雙管正激，半橋諧振式，全橋等)確認所挑選的電源適配器結構的成本是否還可以滿足要求，在滿足電源設計規格的基礎上，盡可能選用性價比高的方案，以提高產品競爭力。
磁性元件 先計算出變壓器的需求規格，可以用AP值來挑選適宜的變壓器型號，變壓器的種類也非常多，圖2列出了幾種常用的變壓器磁芯形狀，通常還可以從如下幾個方面挑選： 外型尺寸 盡量在變壓器骨架目錄里找出與設計標準相符的型號，如變壓器的長，寬，高及腳位數和腳距離都要滿足設計的標準； 磁性材料 還可以按照電源適配器工作頻率和電感電流的類型來挑選適宜的材料，如工作頻率在50KHz左右和不連續電流時，材料大多數會挑選鐵氧體；連續電流時，電感需要有較小的電流紋波和小的磁滯曲線，鐵氧體會受到飽和必要條件的限定，因此電感通常用磁飽和密度更高的磁芯，如Kool-mu，Powderediron等； 成本 變壓器骨架型號的實用性，實用性廣，費用就會低；另一方面，變壓器用的繞線規格也是有差異，由于安全距離的考量，要用三層絕緣線的變壓器成本會比用漆包線的費用高；如PQ，RM，POT型的繞線空間比ER，EE型的小，因此都就要使用三層絕緣線才能滿足安規標準； 性能 磁芯和繞線結合的面積越大，漏磁就會越少，像PQ，RM，POT型結構屏蔽會[：BEE，ER型好，在漏感損耗和電磁干擾領域都要好一點，當然，如諧振架構的電源就必須使用變壓器的漏感，因此 在諧振的電路里，ER型的使用比較多。之后的范例中會詳細介紹斷續式PFC的電感和準諧振DC／DC變壓器的選擇和計算。 線路圖和PCB設計 下一步便是思考整個線路了：關鍵思考電磁干擾，保護功能，輸出是多路時的調整率和時序問題；線路圖設計完成后，再做好電路板布局，布局時必須注意安全距離，電磁干擾，元件散熱方式，芯片反饋環路走線，大電流回路和接地回路走線等問題，因為線路板的布局能直接影響到產品的調試和性能。 功率器件(MOSFET和整流管) 功率器件規格先由設計做好理論計算，確定較大應力值，再根據實際檢測的結果來后面選定功率器件的電壓和電流等規格的參數。 電氣性能調試 整個電源第一次裝上元件后，可以先按功能塊來分別調試，每部分功能都調試好后，再合在一起檢測性能。~nPFC部分，DC／DC部分，輔助電源，保護電路等。必須檢測的內容有：電源的輸出電壓調整率，電壓紋波，電源保護功能等，檢驗電感是否飽和，關鍵開關管的較大應力和溫度是否有足夠余量。 安全驗證 下一步，就可做好產品安全領域的檢測和驗證了，如電磁干擾檢測，溫升檢測(關鍵開關管，電感，變壓器，電容的較大工作溫度是否在其規格范圍內)；產品安全性測試，如雷擊檢測，絕緣耐壓測試，電源老化實驗，抗靜電檢測等，較后還要計算整個電源的平均失效時間等。 設計流程 步驟．1：確定系統規格 通過以上的詳細介紹后，大家會對電源的設計步驟有了一個簡單的了解。下面用一個120W的電源設計范例來進一步詳細介紹設計過程，電源需求規格如下表：
電源功率范圍選擇可以選擇反激或半橋結構，如果成本壓力大的話，用反激式DC／DC的結構是不錯的選擇。 步驟．3：選擇PFC和DC／DC芯片 因為有功率因數(簡稱PF)的要求，因此 必須PFC芯片。選擇DC／DC控制芯片：考慮到效率和電磁干擾及成本因素，用準諧振結構來完成直流一直流轉換，可以選用玖琪的FAN6300準諧振芯片。 較近玖琪針對需要PFC的準諧振應用，推出了集成度更高的芯片FAN6921，它集成了FAN6961和FAN6300的所有功能，并增加了如輸入欠壓保護和過溫保護，高低壓輸入過功率補償等功能。另外，在平均效率和待機功耗方面都有不錯的表現。FAN6921的外圍元件總數還要比前面提到的PFC芯片FAN6961和DC／DC芯片FAN63O0分開式結構要少20個左右，故在元件成本和性能方面都非常有優勢。因此，選用飛~LFAN6921較為合適。 步驟．4：選擇PFC電感和DC／DC變壓器 考慮到產品尺寸不大，PFC部分選擇RM形狀的磁芯，DC／DC部分選PQ形狀的磁芯，這種兩種形狀的磁芯漏磁少，Ae值$13Aw值也比較大，在效率和電磁輻射方面都有優勢。 步驟．5：設計PFC電感 計算功率因數矯正(PFC)電感和直流轉換(DC／DC)變壓器規格及主要開關管整流管選擇，計算前，需要預先設定幾個PFC部分的參數： 計算PFC較小電感量 文章轉載自網絡,如有侵權,請聯系刪除。 | ||||||||||||||||||||||||||
| | 發布時間：2020.12.22 來源： |
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