120W電源適配器設(shè)計(jì)過(guò)程

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120W電源適配器設(shè)計(jì)過(guò)程

伴隨著電子類產(chǎn)品在人們?nèi)粘Ｉ钪饾u增多的使用，而任何的電子類產(chǎn)品也都依靠電源適配器，繼而也產(chǎn)生了許多難題，如能源消耗和生命安全等等。世界各國(guó)對(duì)電源適配器產(chǎn)品都會(huì)有相對(duì)應(yīng)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，~CCC、UL、TUV、CE、FCC等，所以說(shuō)如何為消費(fèi)者提供一個(gè)安全性強(qiáng)，功能好，費(fèi)用也實(shí)惠的電源適配器產(chǎn)品，是任何電源工程師都必須面臨的難題。下面主要結(jié)合東莞市玖琪實(shí)業(yè)有限公司用實(shí)例講解其在120W功率范圍內(nèi)的使用成本和性能上的優(yōu)點(diǎn)。
設(shè)計(jì)考量
電源工程師拿到一個(gè)電源適配器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需求時(shí)，大多數(shù)會(huì)按圖1所表示的順序來(lái)考量；
系統(tǒng)規(guī)格
首先要了解電源適配器的規(guī)格，如電源適配器輸入電壓必要條件，輸出電壓和電流規(guī)格，工作效率和輸入電流諧波需求(簡(jiǎn)稱THD)，還有產(chǎn)品的外型尺寸，安全標(biāo)準(zhǔn)及使用環(huán)境等。

電源適配器結(jié)構(gòu)

按照規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)挑選適宜的電源適配器結(jié)構(gòu)(常見(jiàn)有反激式，正激式，雙管正激，半橋諧振式，全橋等)確認(rèn)所挑選的電源適配器結(jié)構(gòu)的成本是否還可以滿足要求，在滿足電源設(shè)計(jì)規(guī)格的基礎(chǔ)上，盡可能選用性價(jià)比高的方案，以提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

挑選適宜電源適配器的結(jié)構(gòu)對(duì)初次進(jìn)行設(shè)計(jì)的人可能會(huì)有些困難，通常電源工程師都會(huì)依據(jù)經(jīng)驗(yàn)按電源適配器的功率范圍來(lái)挑選幾種常用到的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如小于100W的電源適配器可選反激式結(jié)構(gòu)，小于300W可選半橋諧振或正激，小于500W還可以挑選雙管正激，大于500W可以用全橋，再依照所選的電路結(jié)構(gòu)來(lái)挑選主要芯片和變壓器類型。
磁性元件
先計(jì)算出變壓器的需求規(guī)格，可以用AP值來(lái)挑選適宜的變壓器型號(hào)，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(gè)方面挑選：
外型尺寸
盡量在變壓器骨架目錄里找出與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相符的型號(hào)，如變壓器的長(zhǎng)，寬，高及腳位數(shù)和腳距離都要滿足設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)；
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(lái)挑選適宜的材料，如工作頻率在50KHz左右和不連續(xù)電流時(shí)，材料大多數(shù)會(huì)挑選鐵氧體；連續(xù)電流時(shí)，電感需要有較小的電流紋波和小的磁滯曲線，鐵氧體會(huì)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(hào)的實(shí)用性，實(shí)用性廣，費(fèi)用就會(huì)低；另一方面，變壓器用的繞線規(guī)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(huì)比用漆包線的費(fèi)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(guī)標(biāo)準(zhǔn)；
性能
磁芯和繞線結(jié)合的面積越大，漏磁就會(huì)越少，像PQ，RM，POT型結(jié)構(gòu)屏蔽會(huì)[：BEE，ER型好，在漏感損耗和電磁干擾領(lǐng)域都要好一點(diǎn)，當(dāng)然，如諧振架構(gòu)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(huì)詳細(xì)介紹斷續(xù)式PFC的電感和準(zhǔn)諧振DC／DC變壓器的選擇和計(jì)算。
線路圖和PCB設(shè)計(jì)
下一步便是思考整個(gè)線路了：關(guān)鍵思考電磁干擾，保護(hù)功能，輸出是多路時(shí)的調(diào)整率和時(shí)序問(wèn)題；線路圖設(shè)計(jì)完成后，再做好電路板布局，布局時(shí)必須注意安全距離，電磁干擾，元件散熱方式，芯片反饋環(huán)路走線，大電流回路和接地回路走線等問(wèn)題，因?yàn)榫€路板的布局能直接影響到產(chǎn)品的調(diào)試和性能。
功率器件(MOSFET和整流管)
功率器件規(guī)格先由設(shè)計(jì)做好理論計(jì)算，確定較大應(yīng)力值，再根據(jù)實(shí)際檢測(cè)的結(jié)果來(lái)后面選定功率器件的電壓和電流等規(guī)格的參數(shù)。
電氣性能調(diào)試
整個(gè)電源第一次裝上元件后，可以先按功能塊來(lái)分別調(diào)試，每部分功能都調(diào)試好后，再合在一起檢測(cè)性能。~nPFC部分，DC／DC部分，輔助電源，保護(hù)電路等。必須檢測(cè)的內(nèi)容有：電源的輸出電壓調(diào)整率，電壓紋波，電源保護(hù)功能等，檢驗(yàn)電感是否飽和，關(guān)鍵開關(guān)管的較大應(yīng)力和溫度是否有足夠余量。
安全驗(yàn)證
下一步，就可做好產(chǎn)品安全領(lǐng)域的檢測(cè)和驗(yàn)證了，如電磁干擾檢測(cè)，溫升檢測(cè)(關(guān)鍵開關(guān)管，電感，變壓器，電容的較大工作溫度是否在其規(guī)格范圍內(nèi))；產(chǎn)品安全性測(cè)試，如雷擊檢測(cè)，絕緣耐壓測(cè)試，電源老化實(shí)驗(yàn)，抗靜電檢測(cè)等，較后還要計(jì)算整個(gè)電源的平均失效時(shí)間等。
設(shè)計(jì)流程
步驟．1：確定系統(tǒng)規(guī)格

通過(guò)以上的詳細(xì)介紹后，大家會(huì)對(duì)電源的設(shè)計(jì)步驟有了一個(gè)簡(jiǎn)單的了解。下面用一個(gè)120W的電源設(shè)計(jì)范例來(lái)進(jìn)一步詳細(xì)介紹設(shè)計(jì)過(guò)程，電源需求規(guī)格如下表：

項(xiàng)目	規(guī)格
輸入電壓(Vin)	90～264VlaC
輸出功率(Pout)l	20W
輸出電壓(Vout)	19V
輸出電流	6．3A
電壓調(diào)整率	<5％
平均效率	>87％
功率因數(shù)	(PF)>0．9
諧波	<l5％
安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)	IEC61000
保護(hù)要求	短路，過(guò)壓，過(guò)功率，過(guò)溫
尺寸	150x50x30
散熱方式	自然

步驟．2：選擇電源結(jié)構(gòu)
電源功率范圍選擇可以選擇反激或半橋結(jié)構(gòu)，如果成本壓力大的話，用反激式DC／DC的結(jié)構(gòu)是不錯(cuò)的選擇。
步驟．3：選擇PFC和DC／DC芯片
因?yàn)橛泄β室驍?shù)(簡(jiǎn)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(zhǔn)諧振結(jié)構(gòu)來(lái)完成直流一直流轉(zhuǎn)換，可以選用玖琪的FAN6300準(zhǔn)諧振芯片。
較近玖琪針對(duì)需要PFC的準(zhǔn)諧振應(yīng)用，推出了集成度更高的芯片F(xiàn)AN6921，它集成了FAN6961和FAN6300的所有功能，并增加了如輸入欠壓保護(hù)和過(guò)溫保護(hù)，高低壓輸入過(guò)功率補(bǔ)償?shù)裙δ堋Ａ硗?，在平均效率和待機(jī)功耗方面都有不錯(cuò)的表現(xiàn)。FAN6921的外圍元件總數(shù)還要比前面提到的PFC芯片F(xiàn)AN6961和DC／DC芯片F(xiàn)AN63O0分開式結(jié)構(gòu)要少20個(gè)左右，故在元件成本和性能方面都非常有優(yōu)勢(shì)。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(chǎn)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(yōu)勢(shì)。

步驟．5：設(shè)計(jì)PFC電感
計(jì)算功率因數(shù)矯正(PFC)電感和直流轉(zhuǎn)換(DC／DC)變壓器規(guī)格及主要開關(guān)管整流管選擇，計(jì)算前，需要預(yù)先設(shè)定幾個(gè)PFC部分的參數(shù)：

計(jì)算PFC較小電感量

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| 發(fā)布時(shí)間：2020.12.22 來(lái)源：

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