干貨大放送:8年電源設(shè)計(jì)過程碰到的問題及解決方法
發(fā)布時(shí)間:2015-05-21 責(zé)任編輯:sherry
【導(dǎo)讀】一直有想法寫寫這些年的技術(shù)中遇到的問題與解決方法以做積累,這些年都用到了很多的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)產(chǎn)品,做認(rèn)證,到量產(chǎn),設(shè)計(jì)中和調(diào)試時(shí)種種意想不到的情況時(shí)有發(fā)生,算算還是挺有意思的。按照流水賬方式做個(gè)記錄,順便自己也可以復(fù)習(xí)一下之前的知識(shí)點(diǎn),有不對(duì)的地方還望大家批評(píng)指正。
BUCK電路降壓電路輸出電壓小于輸入電壓。
調(diào)試中碰到的問題,PWM占空比不穩(wěn)定,大小波,負(fù)載切載時(shí)輸出有抖動(dòng),起機(jī)過沖,滿載起機(jī)抖動(dòng),批量生產(chǎn)有少量IC損壞。EMC的問題,輻射超標(biāo)。
1、PWM占空比不穩(wěn)定,大小波??梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)環(huán)路參數(shù)來處理,如圖上的C2,R2,C1,R1。設(shè)計(jì)可以參考《開關(guān)電源設(shè)計(jì)第三版》第12章圖12.12。對(duì)于改這2個(gè)參數(shù)無效果的那就要反推設(shè)計(jì)中的電感和電容是否合適,直接點(diǎn)就是看電感的電流波形,采用電感的串并聯(lián)觀察PWM波形變化。另外,IC的占空比如果在極限附近,如占空比90%,工作時(shí)達(dá)到88%同樣也會(huì)影響PWM的大小波,這個(gè)時(shí)候要考慮是否更換占空比更大的IC。
2、切載(滿載切空載,空載切滿載)時(shí)輸出有抖動(dòng),如振蕩2個(gè)周期以上,需要調(diào)節(jié)環(huán)路響應(yīng)。
3、起機(jī)過沖,更改軟啟動(dòng)電容,IC沒有軟啟動(dòng)電容的情況可以在圖紙中RS1上并聯(lián)電容,或者參考參考書里面軟啟動(dòng)方案。
4、滿載起機(jī)抖動(dòng),需調(diào)節(jié)軟啟動(dòng)和反饋電阻電容。也有啟動(dòng)時(shí)電感嘯叫的,要過電感波形看看是否飽和,需要限制電感電流,更改峰值電流電阻或者改電感。
5、批量生產(chǎn)時(shí),有少量的IC損壞,之前碰到過案例,將IC的BOOT電容端增加一個(gè)穩(wěn)壓管解決了。
6、輻射問題也跟整改一般的輻射問題一樣,MOSFET驅(qū)動(dòng)電阻增大,MOSFET的DS并聯(lián)瓷片電容,D極串磁珠,二極管增加RC吸收,串磁珠,輸入輸出的濾波電感電容。在第三方實(shí)驗(yàn)室整改輻射時(shí)可以采用套磁扣的方法找出是輸入影響還是輸出影響,或者找弄個(gè)探頭測(cè)試是哪個(gè)元器件出來的干擾,再整改,提高效率。
7、選型需要注意的部分,開關(guān)器件都有最大電壓和電流的范圍,要掛波形看管子的應(yīng)力是否有余量,如果有-40℃的設(shè)計(jì)要降額,MOSFET的DS電壓會(huì)下降,電容的容量下降,ESR增大,高溫情況需看電感的參數(shù),外購的電感溫度范圍一般在85℃,如果電感溫度過高,環(huán)境溫度過高會(huì)有匝間短路的風(fēng)險(xiǎn)。
BOOST電路做的案子不多,碰到的問題比較少,有用模擬IC做的,也有用單片機(jī)做的,感覺這個(gè)環(huán)路比BUCK容易調(diào)整(之前的案子,功率小于60W)。
碰到過很小的體積做LED60W電源,溫度不好整,最后用了鐵硅鋁的磁環(huán)搞定了。
FLYBACK這個(gè)是小功率電源應(yīng)用很廣泛的拓?fù)淞耍蠹曳治鲆彩翘貏e多的。
我講講一款產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)過程中的一個(gè)流程好了,以及其中碰到的問題和一些經(jīng)驗(yàn)。
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借鑒下NXP的這個(gè)TEA1832圖紙做個(gè)說明。分析里面的電路參數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化并做到認(rèn)證至量產(chǎn)。
在所有的元器件中盡量選擇公司倉庫里面的元件,和量大的元件,方便后續(xù)降成本拿價(jià)格。
貼片電阻采用0603的5%,0805的5%,1%,貼片電容容值越大價(jià)格越高,設(shè)計(jì)時(shí)需考慮。
1、輸入端,F(xiàn)USE選擇需要考慮到I2T參數(shù)。保險(xiǎn)絲的分類,快斷,慢斷,電流,電壓值,保險(xiǎn)絲的認(rèn)證是否齊全。保險(xiǎn)絲前的安規(guī)距離2.5mm以上。設(shè)計(jì)時(shí)盡量放到3mm以上。需考慮打雷擊時(shí),保險(xiǎn)絲I2T是否有余量,會(huì)不會(huì)打掛掉。
2、這個(gè)圖中可以增加個(gè)壓敏電阻,一般采用14D471,也有采用561的,直徑越大抗浪涌電流越大,也有增強(qiáng)版的10S471,14S471等,一般14D471打1KV,2KV雷擊夠用了,增加雷擊電壓就要換成MOV+GDT了。有必要時(shí),壓敏電阻外面包個(gè)熱縮套管。
3、NTC,這個(gè)圖中可以增加個(gè)NTC,有的客戶有限制冷啟動(dòng)浪涌電流不超過60A,30A,NTC的另一個(gè)目的還可以在雷擊時(shí)扛部分電壓,減下MOSFET的壓力。選型時(shí)注意NTC的電壓,電流,溫度等參數(shù)。
4、共模電感,傳導(dǎo)與輻射很重要的一個(gè)濾波元件,共模電感有環(huán)形的高導(dǎo)材料5K,7K,0K,12K,15K,常用繞法有分槽繞,并繞,蝶形繞法等,還有UU型,分4個(gè)槽的ET型。這個(gè)如果能共用老機(jī)種的最好,成本考慮,傳導(dǎo)輻射測(cè)試完成后才能定型。
5、X電容的選擇,這個(gè)需要與共模電感配合測(cè)試傳導(dǎo)與輻射才能定容值,一般情況為功率越大X電容越大。
6、如果做認(rèn)證時(shí)有輸入L,N的放電時(shí)間要求,需要在X電容下放2并2串的電阻給電容放電。
7、橋堆的選擇一般需要考慮橋堆能過得浪涌電流,耐壓和散熱,防止雷擊時(shí)掛掉。
8、VCC的啟動(dòng)電阻,注意啟動(dòng)電阻的功耗,主要是耐壓值,1206的一般耐壓200V,0805一般耐壓150V,能多留余量比較好。
9、輸入濾波電解電容,一般看成本的考慮,輸出保持時(shí)間的10mS,按照電解電容容值的最小情況80%容值設(shè)計(jì),不同廠家和不同的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)有點(diǎn)出入,有一點(diǎn)要注意普通的電解電容和扛雷擊的電解電容,電解電容的紋波電流關(guān)系到電容壽命,這個(gè)看品牌和具體的系列了。
10、輸入電解電容上有并聯(lián)一個(gè)小瓷片電容,這個(gè)平時(shí)體現(xiàn)不出來用處,在做傳導(dǎo)抗擾度時(shí)有效果。
11、RCD吸收部分,R的取值對(duì)應(yīng)MOSFET上的尖峰電壓值,如果采用貼片電阻需注意電壓降額與功耗。C一般取102/103 1KV的高壓瓷片,整改輻射時(shí)也有可能會(huì)改為薄膜電容效果好。D一般用FR107,FR207,整改輻射時(shí)也有改為1N4007的情況或者其他的慢管,或者在D上套磁珠(K5A,K5C等材質(zhì))。小功率電源,RC可以采用TVS管替代,如P6KE160等。
12、MOSFET的選擇,起機(jī)和短路情況需要注意SOA。高溫時(shí)的電流降額,低溫時(shí)的電壓降額。一般600V 2-12A足夠用與100W以內(nèi)的反激,根據(jù)成本來權(quán)衡選型。整改輻射時(shí)很多方法沒有效果的時(shí)候,換個(gè)MOSFET就過了的情況經(jīng)常有。
13、MOSFET的驅(qū)動(dòng)電阻一般采用10R+20R,阻值大小對(duì)應(yīng)開關(guān)速度,效率,溫升。這個(gè)參數(shù)需要整改輻射時(shí)調(diào)整。
14、MOSFET的GATE到SOURCE端需要增加一個(gè)10K-100K的電阻放電。
15、MOSFET的SOURCE到GND之間有個(gè)Isense電阻,功率盡量選大,盡量采用繞線無感電阻。功率小,或者有感電阻短路時(shí)有遇到過炸機(jī)現(xiàn)象。
16、Isense電阻到IC的Isense增加1個(gè)RC,取值1K,331,調(diào)試時(shí)可能有作用,如果采用這個(gè)TEA1832電路為參考,增加一個(gè)C并聯(lián)到GND。
17、不同的IC外圍引腳參考設(shè)計(jì)手冊(cè)即可,根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)在IC引腳處放濾波電容。
18、更改前:變壓器的設(shè)計(jì),反激變壓器設(shè)計(jì)論壇里面討論很多,不多說。還是考慮成本,盡量不在變壓器里面加屏蔽層,頂多在變壓器外面加個(gè)十字屏蔽。變壓器一定要驗(yàn)算delta B值,delta B=L*Ipk/(N*Ae),L(uH),Ipk(A),N為初級(jí)砸數(shù)(T),Ae(mm2)有興趣驗(yàn)證這個(gè)公式可以在最低電壓輸入,輸出負(fù)載不斷增加,看到變壓器飽和波形,飽和時(shí)計(jì)算結(jié)果應(yīng)該是500mT左右。變壓器的VCC輔助繞組盡量用2根以上的線并繞,之前很大批量時(shí)有碰到過有幾個(gè)輔助繞組輕載電壓不夠或者重載時(shí)VCC過壓的情況,2跟以上的VCC輔助繞線能盡量耦合更好解決電壓差異大這個(gè)問題。
19、更改后:變壓器的設(shè)計(jì),反激變壓器設(shè)計(jì)論壇里面討論很多,不多說。還是考慮成本,盡量不在變壓器里面加屏蔽層,頂多在變壓器外面加個(gè)十字屏蔽。變壓器一定要驗(yàn)算delta B值,防止高溫時(shí)磁芯飽和。delta B=L*Ipk/(N*Ae),L(uH),Ipk(A),N為初級(jí)砸數(shù)(T),Ae(mm2)。(參考TDG公司的磁芯特性(100℃)飽和磁通密度390mT,剩磁55mT,所以ΔB值一般取330mT以內(nèi),出現(xiàn)異常情況不飽和,一般取值小于300mT以內(nèi)。我之前做反激變壓器取值都是小于0.3的)附,學(xué)習(xí)zhangyiping的經(jīng)驗(yàn)(所以一般的磁通密度選擇1500高斯,變壓器小的可以選大一些,變壓器大的要選小一些,頻彔高的減小頻彔低的可以大一些吧。)
變壓器的VCC輔助繞組盡量用2根以上的線并繞,之前很大批量時(shí)有碰到過有幾個(gè)輔助繞組輕載電壓不夠或者重載時(shí)VCC過壓的情況,2跟以上的VCC輔助繞線能盡量耦合更好解決電壓差異大這個(gè)問題。
附注:有興趣驗(yàn)證這個(gè)公式的話,可以在最低電壓輸入,輸出負(fù)載不斷增加,看到變壓器飽和波形,飽和時(shí)計(jì)算結(jié)果應(yīng)該是500mT左右(25℃時(shí),飽和磁通密度510mT)。
借鑒TDG的磁芯基本特征圖。
19、輸出二極管效率要求高時(shí),可以采用超低壓降的肖特基二極管,成本要求高時(shí)可以用超快恢復(fù)二極管。
20、輸出二極管并聯(lián)的RC用于抑制電壓尖峰,同時(shí)也對(duì)輻射有抑制。
21、光耦與431的配合,光耦的二極管兩端可以增加一個(gè)1K-3K左右的電阻,Vout串聯(lián)到光耦的電阻取值一般在100歐姆-1K之間。431上的C與RC用于調(diào)整環(huán)路穩(wěn)定,動(dòng)態(tài)響應(yīng)等。
22、Vout的檢測(cè)電阻需要有1mA左右的電流,電流太小輸出誤差大,電流太大,影響待機(jī)功耗。
23、輸出電容選擇,輸出電容的紋波電流大約等于輸出電流,在選擇電容時(shí)紋波電流放大1.2倍以上考慮。
24、2個(gè)輸出電容之間可以增加一個(gè)小電感,有助于抑制輻射干擾,有了小電感后,第一個(gè)輸出電容的紋波電流就會(huì)比第二個(gè)輸出電容的紋波電流大很多,所以很多電路里面第一個(gè)電容容量大,第二個(gè)電容容量較小。
25、輸出Vout端可以增加一個(gè)共模電感與104電容并聯(lián),有助于傳導(dǎo)與輻射,還能降低紋波峰峰值。
26、需要做恒流的情況可以采用專業(yè)芯片,AP4310或者TSM103等類似芯片做,用431+358都行,注意VCC的電壓范圍,環(huán)路調(diào)節(jié)也差不多。
27、有多路輸出負(fù)載情況的話,電源的主反饋電路一定要有固定輸出,或者假負(fù)載,否則會(huì)因?yàn)轳詈希琤urst模式等問題導(dǎo)致其他路輸出電壓不穩(wěn)定。28、初級(jí)次級(jí)的大地之間有接個(gè)Y電容,一般容量小于或等于222,則漏電流小于0.25mA,不同的產(chǎn)品認(rèn)證對(duì)漏電流是有要求的,需注意。
算下來這么多,電子元器件基本能定型了,整個(gè)初略的BOM可以評(píng)審并參考報(bào)價(jià)了。BOM中元器件可以多放幾個(gè)品牌方便核成本。如客戶有特殊要求,可以在電路里面增加功能電路實(shí)現(xiàn)。如不能實(shí)現(xiàn),尋找新的IC來完成,相等功率和頻率下,IC的更改對(duì)外圍器件影響不大。如客戶溫度范圍的要求比較高,對(duì)應(yīng)元器件的選項(xiàng)需要參考元器件使用溫度和降額使用。
原理圖定型后就可以開始畫PCB了。
1、PCB對(duì)應(yīng)的SCH網(wǎng)絡(luò)要對(duì)應(yīng),方便后續(xù)更新,花不了多少時(shí)間的。
2、PCB的元器件封裝,標(biāo)準(zhǔn)庫里面的按實(shí)際情況需要更改,貼片元件焊盤加大;插件元件的孔徑比元件管腳大0.3mm,焊盤直徑大于孔0.8mm以上,焊盤大些方便焊接,元器件過波峰焊也容易上錫,PCB廠家做出來也不容易破孔。還有很多細(xì)節(jié)的東西多了解些對(duì)生產(chǎn)是很大的功勞啊。
3、安規(guī)的要求在PCB上的體現(xiàn),保險(xiǎn)絲的安規(guī)輸入到輸出距離3mm以上,保險(xiǎn)絲帶型號(hào)需要印在PCB上。PCB的板材也有不同的安規(guī)要求,對(duì)應(yīng)需要做的認(rèn)證與供應(yīng)商溝通能否滿足要求。相應(yīng)的認(rèn)證編號(hào)需印到PCB上。初級(jí)到次級(jí)的距離8mm以上,Y電容注意選擇Y1還是Y2的,跨距也要求8mm以上,變壓器的初級(jí)與次級(jí),用擋墻或者次級(jí)用三層絕緣線飛線等方法做爬電距離。
4、橋堆前L,N走線距離2.5mm以上,橋堆后高壓+,-距離2.5mm以上。走線為大電流回路先走,面積越小越好。信號(hào)線遠(yuǎn)離大電流走線,避免干擾,IC信號(hào)檢測(cè)部分的濾波電容靠近IC,信號(hào)地與功率地分開走,星形接地,或者單點(diǎn)接地,最后匯總到大電容的“-”引腳,避免調(diào)試時(shí)信號(hào)受干擾,或者抗擾度出狀況。
5、IC方向,貼片元器件的方向,盡量放到整排整列,方便過波峰焊上錫,提高產(chǎn)線效率,避免陰影效應(yīng),連錫,虛焊等問題出現(xiàn)。
6、打AI的元器件需要根據(jù)相應(yīng)的規(guī)則放置元器件,之前看過一個(gè)日本的PCB,焊盤做成水滴狀,AI元件的引腳剛好在水滴狀的焊盤上,很漂亮。
7、PCB上的走線對(duì)輻射影響比較大,可以參考相關(guān)書籍。還有1種情況,PCB當(dāng)單面板布線,弄完后,在頂層敷整塊銅皮接大電容地,抑制傳導(dǎo)和輻射很有效果。
8、布線時(shí),還需要考慮雷擊,ESD時(shí)或其他干擾的電流路徑,會(huì)不會(huì)影響IC。
PCB與元器件回來就可以開始制樣做功能調(diào)試了。
1、萬用表先測(cè)試主電流回路上的二極管,MOSFET,有沒有短路,有沒有裝反,變壓器的感量與漏感是否都有測(cè)試,變壓器同名端有沒有繞錯(cuò)。
2、開始上電,我的習(xí)慣是先上100V的低壓,PWM沒有輸出。用示波器看VCC,PWM腳,VCC上升到啟動(dòng)電壓,PWM沒有輸出。檢查各引腳的保護(hù)功能是否被觸發(fā),或者參數(shù)不對(duì)。找不到問題,查看IC的上電時(shí)序圖,或者IC的datasheet里面IC啟動(dòng)的條件。示波器使用時(shí)需注意,3芯插頭的地線要拔掉,不拔掉的話最好采用隔離探頭掛波形,要不怎么炸機(jī)的都不知道。用2個(gè)以上的探頭時(shí),2根探頭的COM端接同1個(gè)點(diǎn),避免影響電路,或者夾錯(cuò)位置燒東西。
3、IC啟動(dòng)問題解決了,PWM有輸出,發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)變壓器嘯叫。掛MOSFET的電流波形,或者看Isense腳底波形是否是三角波,有可能是飽和波形,有可能是方波。需重新核算ΔB,還有種情況,VCC繞組與主繞組繞錯(cuò)位置。也有輸出短路的情況,還有RCD吸收部分的問題,甚至還碰到過TVS壞了短路的情況。
4、輸出有了,但是輸出電壓不對(duì),或者高了,或者低了。這個(gè)需要判斷是初級(jí)到問題,還是次級(jí)的問題。掛輸出二極管電壓電流波形,是否是正常的反激波形,波形不對(duì),估計(jì)就是同名端反了。檢查光耦是否損壞,光耦正常,采用穩(wěn)壓管+1K電阻替換431的位置,即可判斷輸出反饋431部分,或者恒流,或者過載保護(hù)等保護(hù)的動(dòng)作。常見問題,光耦腳位畫錯(cuò),導(dǎo)致反饋到不了前級(jí)。431封裝弄錯(cuò),一般431的封裝有2種,腳位有鏡像了的。同名端的問題會(huì)導(dǎo)致輸出電壓不對(duì)。
5、輸出電壓正常了,但是不是精確的12V或者24V,這個(gè)時(shí)候一般采用2個(gè)電阻并聯(lián)的方式來調(diào)節(jié)到精確電壓。采樣電阻必須是1%或者0.5%。
6、輸出能帶載了,帶滿載變壓器有響聲,輸出電壓紋波大。掛PWM波形,是否有大小波或者開幾十個(gè)周期,停幾十個(gè)周期,這樣的情況調(diào)節(jié)環(huán)路。431上的C與RC,現(xiàn)在的很多IC內(nèi)部都已經(jīng)集成了補(bǔ)償,環(huán)路都比較好調(diào)整。環(huán)路調(diào)節(jié)沒有效果,可以計(jì)算下電感感量太大或者太小,也可以重新核算Isense電阻,是否IC已經(jīng)認(rèn)為Isense電阻電壓較小,IC工作在brust mode。可以更改Isense電阻阻值測(cè)試。
7、高低壓都能帶滿載了,波形也正常了。測(cè)試電源效率,輸入90V與264V時(shí)效率盡量做到一致(改占空比,匝比),方便后續(xù)安規(guī)測(cè)試溫升。電源效率一般參考老機(jī)種效率,或者查能效等級(jí)里面的標(biāo)準(zhǔn)參考。
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8、輸出紋波測(cè)試,一般都有要求用47uF+104,或者10uF+104電容測(cè)試。這個(gè)電解電容的容值影響紋波電壓,電容的高頻低阻特性(不同品牌和系列)也會(huì)影響紋波電壓。示波器測(cè)試紋波時(shí)探頭上用彈簧測(cè)試探頭測(cè)試可以避免干擾尖峰。輸出紋波搞不定的情況下,可以改容量,改電容的系列,甚至考慮采用固態(tài)電容。
9、輸出過流保護(hù),客戶要求精度高的,要在次級(jí)放電流保護(hù)電路,要求精度不高的,一般初級(jí)做過流保護(hù),大部分IC都有集成過流或者過功率保護(hù)。過流保護(hù)一般放大1.1-1.5倍輸出電流。最大輸出電流時(shí),元器件的應(yīng)力都需要測(cè)試,并留有余量。電流保護(hù)如增加反饋環(huán)路可以做成恒流模式,無反饋環(huán)路一般為打嗝保護(hù)模式。做好過流保護(hù)還需要測(cè)試滿載+電解電容的測(cè)試,客戶端有時(shí)提出的要求并未給出是否是容性負(fù)載,能帶多大的電容起機(jī)測(cè)試了后心里比較有底。
10、輸出過壓保護(hù),穩(wěn)定性要求高的客戶會(huì)要求放2個(gè)光耦,1個(gè)正常工作的,一個(gè)是做過壓保護(hù)的。無要求的,在VCC的輔助繞組處增加過壓保護(hù)電路,或者IC里面已經(jīng)有集成的過壓保護(hù),外圍器件很少。
11、過溫保護(hù)一般要看具體情況添加的,安規(guī)做高溫測(cè)試時(shí)對(duì)溫度都有要求,能滿足安規(guī)要求溫度都還可以,除非環(huán)境復(fù)雜或者異常情況,需要增加過溫保護(hù)電路。
12、啟動(dòng)時(shí)間,一般要求為2S,或者3S內(nèi)起機(jī),都比較好做,待機(jī)功耗做到很低功率的方案,一般IC都考慮好了。沒有什么問題。
13、上升時(shí)間和過沖,這個(gè)通過調(diào)節(jié)軟啟動(dòng)和環(huán)路響應(yīng)實(shí)現(xiàn)。
14、負(fù)載調(diào)整率和線性調(diào)整率都是通過調(diào)節(jié)環(huán)路響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。
15、保持時(shí)間,更改輸入大電容容量即可。
16、輸出短路保護(hù),現(xiàn)在IC的短路保護(hù)越做越好,一般短路時(shí),IC的VCC輔助繞組電壓低,IC靠啟動(dòng)電阻供電,IC啟動(dòng)后,Isense腳檢測(cè)過流會(huì)做短路保護(hù),停止PWM輸出。一般在264V輸入時(shí)短路功率最大,短路功率控制住2W以內(nèi)比較安全。短路時(shí)需要測(cè)試MOSFET的電流與電壓,并通過查看MOSFET的SOA圖(安全工作區(qū))對(duì)應(yīng)短路是否超出設(shè)計(jì)范圍。
其他異常情況和注意:
1、空載起機(jī)后,輸出電壓跳。有可能是輕載時(shí)VCC的輔助繞組感應(yīng)電壓低導(dǎo)致,增加VCC繞組匝數(shù),還有可能是輸出反饋環(huán)路不穩(wěn)定,需要更新環(huán)路參數(shù)。
2、帶載起機(jī)或者空載切重載時(shí)電壓起不來。重載時(shí),VCC輔助繞組電壓高,需查看是否過壓,或者是過流保護(hù)動(dòng)作。
還有變壓器設(shè)計(jì)時(shí)按照正常輸出帶載設(shè)計(jì),導(dǎo)致重載或者過流保護(hù)前變壓器飽和。
3、元器件的應(yīng)力都應(yīng)測(cè)試,滿載、過載、異常測(cè)試時(shí)元器件應(yīng)力都應(yīng)有余量,余量大小看公司規(guī)定和成本考慮。
性能測(cè)試與調(diào)試基本完成。調(diào)試時(shí)把自己想成是設(shè)計(jì)這顆IC的人,就能好好理解IC的工作情況并快速解決問題。
這些全都按記憶寫的,有點(diǎn)亂,有些沒有記錄到,后續(xù)想到了再補(bǔ)上。
基本性能測(cè)試后就要做安規(guī)EMC方面的準(zhǔn)備了。
1、溫升測(cè)試,45℃烤箱環(huán)境,輸入90,264時(shí)變壓器磁芯,線包不超過110℃,PCB在130℃以內(nèi)。其他的元器件具體值參考下安規(guī)要求,溫度最難整的一般都是變壓器。
2、絕緣耐壓測(cè)試DC500V,阻值大于100MΩ,初次級(jí)打AC3000V時(shí)間60S,小于10mA,產(chǎn)線量產(chǎn)可以打AC3600V,6S。建議采用直流電壓DC4242打耐壓。耐壓電流設(shè)置10mA,測(cè)試過程中測(cè)試儀器報(bào)警,要檢查初次級(jí)距離,初級(jí)到外殼,次級(jí)到外殼距離,能把測(cè)試室拉上窗簾更好,能快速找到放電的位置的電火花。
3、對(duì)地阻抗,一般要小于0.1Ω,測(cè)試條件電流40A。
4、ESD一般要求接觸4K,空氣8K,有個(gè)電阻電容模型問題。一般會(huì)把等級(jí)提高了打,打到最高的接觸8K,空氣15K。打ESD時(shí),共模電感底下有放電針的話,放電針會(huì)放電。電源的ESD還會(huì)在散熱器與不同元器件之間打火,一般是距離問題和PCB的layout問題。打ESD打到15K把電源打壞就知道自己做的電源能抗多大的電壓,做安規(guī)認(rèn)證時(shí),心里有底。如果客戶有要求更高的電壓也知道怎么處理。參考EN61000-4-2。
5、EFT這個(gè)沒有出現(xiàn)過問題2KV。參考EN61000-4-4。
6、雷擊,差模1K,共模2K,采用壓敏14D471,有輸入大電解,走線沒有大問題基本PASS。碰到過雷擊不過的情況,小功率5W,10W的打掛了,采用能抗雷擊的電解電容。單極PFC做反激打掛了MOSFET,在輸入橋堆后加入二極管與電解電容串聯(lián),電容吸收能量。LED電源打2K與4K的情況,4KV就要采用壓敏電阻+GDT的形式。參考EN61000-4-5。
EFT,ESD,SURGE有A,B,C等級(jí)。一般要A等級(jí):干擾對(duì)電源無影響。
7、低溫起機(jī)。一般便宜的電源,溫度范圍是0-45℃,貴的,工業(yè)類,或者LED什么的有要求-40℃-60℃,甚至到85℃。-40℃的時(shí)候輸入NTC增大了N倍,輸入電解電容明顯不夠用了,ESR很大,還有PFC如果用500V的MOSFET也是有點(diǎn)危險(xiǎn)的(低溫時(shí)MOSFET的耐壓值變低)。之前碰到過90V輸入的時(shí)候輸出電壓跳,或者是LED閃幾次才正常起來。增加輸入電容容量,改小NTC,增加VCC電容,軟啟動(dòng)時(shí)間加長(zhǎng),初級(jí)限流(輸入容量不夠,導(dǎo)致電壓很低,電流很大,觸發(fā)保護(hù))從1.2倍放大到1.5倍,IC的VCC繞組增加2T輔助電壓抬高;查找保護(hù)線路是否太極限,低溫被觸發(fā)(如PFC過壓易被觸發(fā))。
基本性能和安規(guī)基本問題解決掉,剩下個(gè)傳導(dǎo)和輻射問題。這個(gè)時(shí)候可以跟客戶談后續(xù)價(jià)格,自己優(yōu)化下線路。
跟安規(guī)工程師確認(rèn)安規(guī)問題,跟產(chǎn)線的工程師確認(rèn)后續(xù)PCB上元器件是否需要做位置的更改,產(chǎn)線是否方便操作等問題?;蛘哂写駻I,過回流焊波峰焊的問題,及時(shí)對(duì)元器件調(diào)整。
傳導(dǎo)和輻射測(cè)試大家看得比較多,論壇里面也講的多,實(shí)際上這個(gè)是個(gè)砸錢的事情。砸錢砸多了,自然就會(huì)了,整改也就快了。能改的地方就那么幾個(gè)。1、這個(gè)里面看不見的,特別重要的就算是PCB了,有厲害的可以找到PCB上的線,割斷,換個(gè)走線方式就可以搞掉3個(gè)dB,余量就有了。
2、一般看到筆記本電源適配器,接電腦的部分就有個(gè)很丑的砣,這個(gè)就是個(gè)EMI濾波器,從適配器出線的部分到筆記本電腦這么長(zhǎng)的距離,可以看成是1條天線,增加一個(gè)濾波器,就可以濾除損耗。所以一般開關(guān)電源的輸出端有一個(gè)濾波電感,效果也是一樣的。
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3、輸入濾波電感,功率小的,UU型很好用,功率大的基本用環(huán)型和ET型。公司有傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室或者傳導(dǎo)儀器的倒是可以有想法了就去折騰下。要是要去第三方實(shí)驗(yàn)室的就比較痛苦了,光整改材料都要帶一堆。濾波電感用高導(dǎo)的10K材料比較好,對(duì)傳導(dǎo)輻射抑制效果都不錯(cuò),如果傳導(dǎo)差的話,可以改12K,15K的,輻射差的話可以改5K,7K的材質(zhì)。
4、輸入X電容,能用小就用小,主要是占地方。這個(gè)要配合濾波電感調(diào)整的。
5、Y電容,初次級(jí)沒有裝Y電容,或者Y電容很小的話一般從150K-30M都是飄的,或者飛出限值了的,裝個(gè)471-222就差不多了。Y電容的接法直接影響傳導(dǎo)與輻射的測(cè)試數(shù)據(jù),一般為初級(jí)地接次級(jí)的地,也有初級(jí)高壓,接次級(jí)地,或者放2個(gè)Y電容初級(jí)高壓和初級(jí)地都接次級(jí)的地,沒有調(diào)好之前誰也說不準(zhǔn)的。Y電容上串磁珠,對(duì)10MHz以上有效果,但也不全是。每個(gè)人調(diào)試傳導(dǎo)輻射的方法和方式都有差異機(jī)種也不同,問題也不同,所以也許我的方法只適合我自己用。無Y方案大部分是靠改變變壓器來做的,而且功率不好做大。
6、MOSFET吸收,DS直接頂多能接個(gè)221,要不溫度就太高了,一般47pF,100pF。RCD吸收,可以在C上串個(gè)10-47Ω電阻吸收尖峰。還可以在D上串10-100Ω的電阻,MOSFET的驅(qū)動(dòng)電阻也可以改為100Ω以內(nèi)。
7、輸出二極管的吸收,一般采用RC吸收足夠了。
8、變壓器,變壓器有銅箔屏蔽和線屏蔽,銅箔屏蔽對(duì)傳導(dǎo)效果好,線屏蔽對(duì)輻射效果好。至于初包次,次包初,還有些其他的繞法都是為了好過傳導(dǎo)輻射。
9、對(duì)于PFC做反激電源的,輸入部分還需要增加差模電感。一般用棒形電感,或者鐵粉芯的黃白環(huán)做。
10、整改傳導(dǎo)的時(shí)候在10-30MHz部分盡量壓低到有15-20dB余量,那樣輻射比較好整改。
開關(guān)頻率一般在65KHz,看傳導(dǎo)的時(shí)候可以看到65K的倍頻位置,一般都有很高的值。
總之:傳導(dǎo)的現(xiàn)象可以看成是功率器件的開關(guān)引起的振蕩在輸入線上被放大了顯示出來,避免振蕩信號(hào)出去就要避免高頻振蕩,或者把高頻振蕩吸收掉,損耗掉,以至于顯示出來的時(shí)候不超標(biāo)。
上個(gè)傳導(dǎo)的圖,僅供參考,之前傳導(dǎo)整改大致分了幾個(gè)區(qū)去調(diào)整的,有些細(xì)節(jié)不用太糾結(jié)。
每個(gè)人的整改經(jīng)驗(yàn)都還有所不同的,想法也有差異。
上個(gè)輻射的垂直于水平測(cè)試圖,僅供參考,之前的輻射整改大致分了幾個(gè)區(qū)去調(diào)整的,有些細(xì)節(jié)不用太糾結(jié)。
每個(gè)人的整改經(jīng)驗(yàn)都還有所不同的,想法也有差異。
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電源的干擾一般在200MHz以后基本沒有了,垂直比較難整改,水平方向一般問題不大,有DC/DC的情況水平方向干擾會(huì)大些。
輻射整改
1、PCB的走線按照布線規(guī)則來做即可。當(dāng)PCB有空間的時(shí)候可以放2個(gè)Y電容的位置:初級(jí)大電容的+到次級(jí)地;初級(jí)大電容-到次級(jí)地,整改輻射的時(shí)候可以調(diào)整。
2、對(duì)于2芯輸入的,Y電容除了上述接法還可以在L,N輸入端,保險(xiǎn)絲之后接成Y型,再接次級(jí)的地,3芯輸入時(shí),Y電容可以從輸入輸出地接到輸入大地來測(cè)試。
3、磁珠在輻射中間很重要,以前用過的材料是K5A,K5C,磁珠的阻抗曲線與磁芯大小和尺寸有關(guān)。如圖所示,不同的磁珠對(duì)不同的頻率阻抗曲線不同。但是都是把高頻雜波損耗掉,成了熱量(30MHz-500MHz)。一般MOSFET,輸出二極管,RCD吸收的D,橋堆,Y電容都可以套磁珠來做測(cè)試。
4、輸入共模電感:如果是2級(jí)濾波,第一級(jí)的濾波電感可以考慮用0.5-5mH左右的感量,蝶形繞法,5K-10K材質(zhì)繞制,第一級(jí)對(duì)輻射壓制效果好。如果是3芯輸入,可以在輸入端進(jìn)線處用三層絕緣線在K5A等同材質(zhì)繞3-10圈,效果巨好。
5、輸出共模電感,一般采用高導(dǎo)磁芯5K-10K的材料,特殊情況輻射搞不定也可以改為K5A等同材質(zhì)。
6、MOSFET,漏極上串入磁珠,輸入電阻加大,DS直接并聯(lián)22-220pF高壓瓷片電容可以改善輻射能量,也可以換不同電流值的MOS,或者不同品牌的MOSFET測(cè)試。
7、輸出二極管,二極管上套磁珠可以改善輻射能量。二極管上的RC吸收也對(duì)輻射有影響。也可以換不同電流值來測(cè)試,或者更換品牌。8、RCD吸收,C更改容量,R改阻值,D可以用FR107,F(xiàn)R207改為慢管,但是需要注意慢管的溫度。RCD里面的C可以串小阻值電阻。
9、VCC的繞組上也有二極管,這個(gè)二極管也對(duì)輻射影響大,一般采取套磁珠,或者將二極管改為1N4007或者其他的慢管。
10、最關(guān)鍵的變壓器。能少加屏蔽就少加屏蔽,沒辦法的情況也只能改變壓器了。變壓器里面的銅箔屏蔽對(duì)輻射影響大,線屏蔽是最有效果的。一般改不動(dòng)的時(shí)候才去改變壓器。
11、輻射整改時(shí)的效率。套滿磁珠的電源先做測(cè)試,PASS的情況,再逐個(gè)剪掉磁珠。
fail的情況,在輸入輸出端來套磁環(huán),判斷輻射信號(hào)是從輸入還是輸出發(fā)射出來的。
套了磁環(huán)還是fail的話,證明輻射能量是從板子上出來的。這個(gè)時(shí)候要找實(shí)驗(yàn)室的兄弟搞個(gè)探頭來測(cè)試,看看是哪個(gè)元器件輻射的能量最大,哪個(gè)原件在超出限值的頻率點(diǎn)能量最高,再對(duì)對(duì)應(yīng)的元件整改。
輻射的現(xiàn)象可以看成是功率器件在高速開關(guān)情況下,寄生參數(shù)引起的振蕩在不同的天線上發(fā)射出去,被天線接收放大了顯示出來,避免振蕩信號(hào)出去就要避免高頻振蕩,改變振蕩頻率或者把高頻振蕩吸收掉,損耗掉,以至于顯示出來值的時(shí)候不超標(biāo)。
磁珠的運(yùn)用有個(gè)需要注意的地方,套住MOSFET的時(shí)候,MOSFET最好是要打K腳,套入磁珠后點(diǎn)膠固定,如果磁珠松動(dòng),可能導(dǎo)電引起MOSFET短路。有空間的情況下盡量采用帶線磁珠。
傳導(dǎo)輻射整改完成后,PCB可以定型了,最好按照生產(chǎn)的工藝要求來做改善,更新一版PCB,避免生產(chǎn)時(shí)碰到問題。
1、驗(yàn)證電源的時(shí)刻到了,客戶要求,規(guī)格書。電源樣品拿給測(cè)試驗(yàn)證組做測(cè)試驗(yàn)證了。之前問題都解決了的話,驗(yàn)證組是沒問題的,到時(shí)間拿報(bào)告就可以了。
2、準(zhǔn)備小批量試產(chǎn),走流程,準(zhǔn)備物料,整理BOM與提供樣機(jī)給生產(chǎn)部同事。
3、準(zhǔn)備做認(rèn)證的材料(保險(xiǎn)絲,MOSFET等元器件)與樣機(jī)以及做認(rèn)證的關(guān)鍵元器件清單等文檔性材料。關(guān)鍵元器件清單里面的元件一般寫3個(gè)以上的供應(yīng)商。認(rèn)證號(hào)一定要對(duì)準(zhǔn),錯(cuò)了的話,后續(xù)審廠會(huì)有不必要的麻煩。剩下的都是一些基本的溝通問題了。
做認(rèn)證時(shí)碰到過做認(rèn)證的時(shí)候溫升超標(biāo)了的,只能加導(dǎo)熱膠導(dǎo)出去。或者提高效率,把傳導(dǎo)與輻射的余量放小。這種問題一般是自己做測(cè)試時(shí)余量留得太少,很難碰到的。
4、一般認(rèn)證2個(gè)月左右能拿到的。2個(gè)月的時(shí)間足夠把試產(chǎn)做好了。
5、試產(chǎn)問題:基本上都是要改大焊盤,插件的孔大小更改,絲印位置的更改等。
6、試產(chǎn)的測(cè)試按IPS和產(chǎn)線測(cè)試的規(guī)章制度完成。
碰到過裸板耐壓打不過的,原因竟然是把裸板放在綠色的靜電皮上操作;也有是麥拉片折痕處貼的膠帶磨損了。
7、輸入有大電容的電源,需要要求測(cè)試的工序里面增加一條,測(cè)試完畢給大電容放電的一個(gè)操作流程。
8、試產(chǎn)完成后開個(gè)試產(chǎn)總結(jié)會(huì),試產(chǎn)PASS,PCB可以開模了。量產(chǎn)基本上是不會(huì)找到研發(fā)工程師了,頂多就是替代料的事宜。
9、做完一個(gè)產(chǎn)品,給自己寫點(diǎn)總結(jié)什么的,其中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),或者是有點(diǎn)失敗的地方,或者是不同IC的特點(diǎn)。項(xiàng)目做多了,自然就會(huì)了。
整個(gè)開發(fā)過程中都是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的協(xié)作,所以很厲害的工程師,溝通能力也是很強(qiáng)的,研發(fā)一個(gè)產(chǎn)品要跟很多部門打交道,技術(shù)類的書要看,技術(shù)問題也要探討,同時(shí)溝通與禮儀方面的知識(shí)也要學(xué)習(xí),有這些前提條件,開發(fā)起來也就容易多了。
一個(gè)項(xiàng)目做完,接著做下一個(gè),一個(gè)接著一個(gè),一不小心就做了好幾年了。
就會(huì)開始迷茫了,開始會(huì)胡思亂想,什么時(shí)候是個(gè)頭啊,什么的,想去探索著做自己沒有做過的,以及新技術(shù)的應(yīng)用等。同時(shí)也會(huì)發(fā)現(xiàn)剛?cè)腴T2年3年的弟兄處理問題也不比自己差,又發(fā)現(xiàn)做的類似的項(xiàng)目越來越容易了,憑經(jīng)驗(yàn)值可以得出什么樣的電源用什么芯片方案,磁性器件,開關(guān)元器件等,成本什么的都可以了解到了,不同品牌的元器件的差異性,怎么去降成本,增加利潤(rùn)什么的?;蛘哂虚_始轉(zhuǎn)行,做業(yè)務(wù),做管理,開始自己創(chuàng)業(yè)的想法等。
迷茫過后,在我當(dāng)時(shí)看來,這些技術(shù)的問題才剛剛開始,就像美劇一樣,第一季往往只是個(gè)序幕。
基礎(chǔ)知識(shí)如高等數(shù)學(xué)、電路分析,模擬電路,數(shù)字電路,等專業(yè)基礎(chǔ)東西大學(xué)都學(xué)過,不用講了。
但是出學(xué)校后,一旦開始設(shè)計(jì)就會(huì)看到datasheet,大部分的英文版,少部分的中文版。未來的中國(guó)場(chǎng)對(duì)IC公司來講是個(gè)必爭(zhēng)之地,所以現(xiàn)在中文版的IC資料也越來越多了。
如何學(xué)習(xí)datasheet里面的參數(shù),沒有人教過,有個(gè)文檔推薦看下,如附件??床坏礁郊目梢运阉鳎?how to read a datasheet 的PDF檔了解下。
電路的設(shè)計(jì)是基于電子元器件,設(shè)計(jì)幾年后,迷茫了,再回想想,電子元器件里面的參數(shù)都搞懂了?這些參數(shù)是怎么來的,測(cè)試?材料特性?尺寸?等等。這樣的疑問會(huì)跟隨很長(zhǎng)時(shí)間。
電阻,我們忽略了它部分特點(diǎn),想想有幾個(gè)人能全新設(shè)計(jì)完一款電源,不用改里面的電阻阻值、類別或者封裝。電阻的老化,壽命,溫飄,精度,時(shí)間阻值特性曲線,溫度曲線等等。這些參數(shù),我很久不看都忘了。但是查看datasheet后還是有所了解,datasheet里面的曲線也是對(duì)了解電阻很有幫助的。
常用的NTC,PTC,MOV,GDT,這些特性和原理。還有這些元件的計(jì)算,就算不記得,也還是要了解,什么情況用什么樣的元器件能滿足要求,如果不能滿足要求,又是什么方面的原因。這個(gè)時(shí)候datasheet里面就可以找到答案來對(duì)應(yīng)。
電容:有幾個(gè)特性是需要注意的,做0-40℃的產(chǎn)品可能都還很順利,但是做到-40℃—60℃的產(chǎn)品時(shí)就出問題了,起機(jī)不正常,跳了幾次后才起來,LED電源最明顯,輸出帶載抖動(dòng),PFC的MOSFET低溫炸了,或者反激的MOSFET炸了。
這個(gè)就是電容低溫時(shí)的特性導(dǎo)致的。 電解電容在低溫時(shí)ESR很大,容量很小,可以看成1個(gè)NTC與一個(gè)小電容串聯(lián),起機(jī)的前幾個(gè)周期,電容峰值電壓高,儲(chǔ)能不夠,無法滿載起機(jī),這種情況要加大電容容量,或者換更好的系列的電容。
如輸出抖動(dòng)之類的情況基本就是反饋環(huán)路上的電容容值太臨界,低溫時(shí)容量的差異導(dǎo)致環(huán)路不穩(wěn)定,熱機(jī)后問題就沒有重復(fù)出現(xiàn)了。 對(duì)于電容的材質(zhì)、溫度特性、以及datasheet里面圖表和參數(shù)多少都必須要有了解,并且能用理論與自身經(jīng)驗(yàn)來證明設(shè)計(jì)是對(duì)的。與電容在電路里面不同的作用必須弄清楚,才能選對(duì)電容。 電容的壽命也是需要關(guān)注的,瓷片電容,陶瓷電容雖然比電解電容壽命長(zhǎng),但是都是有壽命的,相關(guān)的問題都可以查找資料來參考。
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