《電子技術(shù)應(yīng)用》
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初次設(shè)計(jì)反激電源式電源步驟
摘要: 在初次設(shè)計(jì)電源之前,,應(yīng)確保電源所采用的印刷電路板符合Power Integrations器件數(shù)據(jù)手冊(cè)中指定的布局指南,。如果在實(shí)驗(yàn)用面包板或原始樣板上搭建設(shè)計(jì)的電路,,會(huì)引入很多寄生元件,,這樣會(huì)影響電源的正常工作,。而且,,許多實(shí)驗(yàn)用面包板都無法承載開關(guān)電源所產(chǎn)生的電流水平,,并可能因而受損,。此外,,在這些電路板上非常難以控制爬電距離和電氣間隙,。
Abstract:
Key words :

在初次設(shè)計(jì)電源之前,應(yīng)確保電源所采用的印刷電路板符合Power Integrations器件數(shù)據(jù)手冊(cè)中指定的布局指南,。如果在實(shí)驗(yàn)用面包板或原始樣板上搭建設(shè)計(jì)的電路,,會(huì)引入很多寄生元件,這樣會(huì)影響電源的正常工作,。而且,,許多實(shí)驗(yàn)用面包板都無法承載開關(guān)電源所產(chǎn)生的電流水平,并可能因而受損,。此外,,在這些電路板上非常難以控制爬電距離和電氣間隙。

所需設(shè)備

在本課程中,,您將用到以下設(shè)備:

1.一個(gè)隔離式交流電源供應(yīng)器或一個(gè)自耦變壓器

2.一個(gè)瓦特表

3.至少四個(gè)數(shù)字萬用表,,其中兩個(gè)具有高精度電流量程

4.一個(gè)帶有高壓探針的示波器

5.一個(gè)電流探針
6. 還有您的實(shí)際負(fù)載

第1章:術(shù)語
本課中將頻繁使用的兩個(gè)術(shù)語是“穩(wěn)壓”和“自動(dòng)重啟動(dòng)”。當(dāng)電源處于穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí),,控制器持續(xù)接收反饋,,所有輸出電壓均保持穩(wěn)定不變,并處于指定的容差限值內(nèi),。自動(dòng)重啟動(dòng)是Power Integrations器件中內(nèi)置的一種保護(hù)模式,。
處于穩(wěn)壓狀態(tài)的輸出

自動(dòng)重啟動(dòng)

在工作期間,如果所消耗的功率大于電源所能提供的功率限值,,或者在啟動(dòng)后,,電源的輸出電壓在指定的時(shí)間內(nèi)不能達(dá)到穩(wěn)壓,Power Integrations器件將進(jìn)入自動(dòng)重啟動(dòng)保護(hù)模式,。這種設(shè)計(jì)通過限制電源在故障情況下提供的平均功率,,可防止元件受損,。有關(guān)特定的自動(dòng)重啟動(dòng)導(dǎo)通時(shí)間,請(qǐng)參見相關(guān)的Power Integrations器件數(shù)據(jù)手冊(cè),。
在測(cè)試期間,,如果發(fā)現(xiàn)電源性能與本課程中所描述的情況不符,或者表現(xiàn)出任何異常特征,,請(qǐng)停止測(cè)試程序,,并參照其他PI大學(xué)故障診斷課程中的內(nèi)容排查問題,或者聯(lián)系當(dāng)?shù)豍I代表解決問題,。

第2章:設(shè)計(jì)信息

現(xiàn)在就可以開始測(cè)試了,。下面,我們將以使用TinySwitch -PK器件的RD-1151參考設(shè)計(jì)電路板為例進(jìn)行講解,。該電源用于DVD播放器,,可提供7.5 W的連續(xù)輸出功率,峰值功率為13 W,。連續(xù)輸出功率分為四路輸出,,它們包括:

3.3 V,500 mA

5 V,,500 mA

正12 V,,250 mA

負(fù)12 V,30 mA

第3章:目測(cè)

設(shè)計(jì)之前,,應(yīng)先目測(cè)檢查電路板,確保所有極性組件都已正確插裝,。雖然這種情況并不常見,,但一個(gè)元件插裝錯(cuò)誤卻能導(dǎo)致破壞性故障。

即使在完成了元件插裝檢查后,,我們?nèi)詮?qiáng)烈建議您在第一次設(shè)計(jì)電源時(shí)佩戴護(hù)目裝置,。確保所有極性組件都已正確插裝
第4章:禁用欠壓鎖存

第一步是檢查電源能否在低輸入電壓下正確工作,因此您需要禁用Power Integrations器件的欠壓鎖存功能(如果已啟用的話),。在大部分設(shè)計(jì)中,,這意味著將UV電阻從電路板上卸除。在本設(shè)計(jì)范例中,,UV電阻連接在DC總線和TOPSwitch -HX器件的M引腳之間,。您需卸除這些電阻,使M引腳與源極短路,。如果是其他產(chǎn)品,,請(qǐng)參閱相應(yīng)的器件數(shù)據(jù)手冊(cè),確定應(yīng)使用的正確元件和禁用UV功能的方法,。

第5章:極低電壓工作

接下來,,將兩個(gè)短導(dǎo)線焊接到輸入電容的負(fù)極和正極端子上,,用作測(cè)試點(diǎn)。為了正確驗(yàn)證低電壓工作情況,,您需要在施加低AC輸入電壓的過程中,,監(jiān)測(cè)輸入電容的輸出電壓和DC總線電壓。將一個(gè)萬用表連接到電路板的輸出端子,,并將另一個(gè)萬用表連接到輸入電容,,利用兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這兩個(gè)萬用表都應(yīng)設(shè)置為讀取DC電壓,。

如果您的設(shè)計(jì)有多路輸出,,可將負(fù)載電阻連接到主穩(wěn)壓輸出以外的任何輸出。負(fù)載電阻的大小應(yīng)能夠吸收為每個(gè)輸出指定的最小負(fù)載,。這樣可防止這些輸出電壓因峰值充電而超出規(guī)格范圍,。

如果沒有為輸出指定最小負(fù)載,那么選擇電阻吸收5 mA的輸出電流,。將AC輸入導(dǎo)線連接到電路板,。確保AC輸入正確連接到電源的輸入端子,而不是連接到DC輸出,。AC輸入連接錯(cuò)誤可嚴(yán)重?fù)p壞電源,。

在本測(cè)試中,您還需要測(cè)量AC輸入功率,。如果您有瓦特表,,請(qǐng)參照其操作手冊(cè)中有關(guān)如何安裝到AC輸入通道的說明,配置為測(cè)量AC電壓,、電流及輸入功率,。如果沒有瓦特表可用,可將第三個(gè)萬用表與AC輸入串聯(lián),,設(shè)置為測(cè)量AC電流,。再將第四個(gè)萬用表連接到電源輸入端子,測(cè)量AC電壓,。

現(xiàn)在,,確保自耦變壓器或交流電源供應(yīng)器設(shè)置為零,然后將其開啟,。將輸入電壓慢慢提高到約10 VAC,。您應(yīng)該可以在瓦特表或輸入萬用表上看到AC輸入電壓在逐步增大。如果沒看到的話,,應(yīng)確認(rèn)您的交流電源供應(yīng)器是否配置正確,。您還應(yīng)該看到DC總線電壓在您施加AC電壓的過程中不斷增大。

如果您使用的是瓦特表,穩(wěn)態(tài)AC輸入功率應(yīng)小于15 mW,。如果您使用的是兩個(gè)萬用表,,穩(wěn)態(tài)AC電流讀數(shù)應(yīng)小于10 mA。如果您看到輸入功率或AC電流高于此值,,那么說明您的電路板存在故障,。關(guān)閉交流電源供應(yīng)器,斷開AC輸入連接,。

在上述情況下,,持續(xù)提高AC電壓會(huì)對(duì)電路板造成破壞性故障。有關(guān)確定和修復(fù)電路板故障的信息,,請(qǐng)參見PI大學(xué)課程“修復(fù)無輸出電壓的反激式電源”,。

第6章:?jiǎn)?dòng)和穩(wěn)壓

如果輸入功率小于15 mW,則可繼續(xù)將電壓增大到50 VAC,。觀測(cè)DC輸出電壓,,如果輸出處于穩(wěn)壓狀態(tài)、自動(dòng)重啟動(dòng)狀態(tài),,或者輸出電壓表上的電壓讀數(shù)大于0.1 V,,則說明的電路板未受損且功能正常。

繼續(xù)將AC輸入電壓增大至指定的最小輸入電壓,。如果電源無法啟動(dòng)或達(dá)到穩(wěn)壓,,請(qǐng)停止測(cè)試,并參照PI大學(xué)課程“修復(fù)輸出無法達(dá)到穩(wěn)壓的反激式電源”排查問題,。

現(xiàn)在,,關(guān)閉AC輸入,將輸入導(dǎo)線從電路板斷開,,將輸入電容放電至安全的電壓水平,。此外,將萬用表從DC大容量電容斷開

第7章:MOSFET漏極開關(guān)波形

接下來,,您需要監(jiān)測(cè)漏極開關(guān)波形。斷開電路板上的漏極走線,,插入一個(gè)電流環(huán),。確保此斷開點(diǎn)介于Power Int

在初次設(shè)計(jì)電源之前,應(yīng)確保電源所采用的印刷電路板符合Power Integrations器件數(shù)據(jù)手冊(cè)中指定的布局指南,。如果在實(shí)驗(yàn)用面包板或原始樣板上搭建設(shè)計(jì)的電路,,會(huì)引入很多寄生元件,這樣會(huì)影響電源的正常工作,。而且,,許多實(shí)驗(yàn)用面包板都無法承載開關(guān)電源所產(chǎn)生的電流水平,并可能因而受損,。此外,,在這些電路板上非常難以控制爬電距離和電氣間隙,。

所需設(shè)備

在本課程中,您將用到以下設(shè)備:

1.一個(gè)隔離式交流電源供應(yīng)器或一個(gè)自耦變壓器

2.一個(gè)瓦特表

3.至少四個(gè)數(shù)字萬用表,,其中兩個(gè)具有高精度電流量程

4.一個(gè)帶有高壓探針的示波器

5.一個(gè)電流探針
6. 還有您的實(shí)際負(fù)載

第1章:術(shù)語
本課中將頻繁使用的兩個(gè)術(shù)語是“穩(wěn)壓”和“自動(dòng)重啟動(dòng)”,。當(dāng)電源處于穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí),控制器持續(xù)接收反饋,,所有輸出電壓均保持穩(wěn)定不變,,并處于指定的容差限值內(nèi)。自動(dòng)重啟動(dòng)是Power Integrations器件中內(nèi)置的一種保護(hù)模式,。
處于穩(wěn)壓狀態(tài)的輸出

自動(dòng)重啟動(dòng)

在工作期間,,如果所消耗的功率大于電源所能提供的功率限值,或者在啟動(dòng)后,,電源的輸出電壓在指定的時(shí)間內(nèi)不能達(dá)到穩(wěn)壓,,Power Integrations器件將進(jìn)入自動(dòng)重啟動(dòng)保護(hù)模式。這種設(shè)計(jì)通過限制電源在故障情況下提供的平均功率,,可防止元件受損,。有關(guān)特定的自動(dòng)重啟動(dòng)導(dǎo)通時(shí)間,請(qǐng)參見相關(guān)的Power Integrations器件數(shù)據(jù)手冊(cè),。
在測(cè)試期間,,如果發(fā)現(xiàn)電源性能與本課程中所描述的情況不符,或者表現(xiàn)出任何異常特征,,請(qǐng)停止測(cè)試程序,,并參照其他PI大學(xué)故障診斷課程中的內(nèi)容排查問題,或者聯(lián)系當(dāng)?shù)豍I代表解決問題,。

第2章:設(shè)計(jì)信息

現(xiàn)在就可以開始測(cè)試了,。下面,我們將以使用TinySwitch -PK器件的RD-1151參考設(shè)計(jì)電路板為例進(jìn)行講解,。該電源用于DVD播放器,,可提供7.5 W的連續(xù)輸出功率,峰值功率為13 W,。連續(xù)輸出功率分為四路輸出,,它們包括:

3.3 V,500 mA

5 V,,500 mA

正12 V,,250 mA

負(fù)12 V,30 mA

第3章:目測(cè)

設(shè)計(jì)之前,,應(yīng)先目測(cè)檢查電路板,,確保所有極性組件都已正確插裝。雖然這種情況并不常見,但一個(gè)元件插裝錯(cuò)誤卻能導(dǎo)致破壞性故障,。

即使在完成了元件插裝檢查后,,我們?nèi)詮?qiáng)烈建議您在第一次設(shè)計(jì)電源時(shí)佩戴護(hù)目裝置。確保所有極性組件都已正確插裝
第4章:禁用欠壓鎖存

第一步是檢查電源能否在低輸入電壓下正確工作,,因此您需要禁用Power Integrations器件的欠壓鎖存功能(如果已啟用的話),。在大部分設(shè)計(jì)中,這意味著將UV電阻從電路板上卸除,。在本設(shè)計(jì)范例中,,UV電阻連接在DC總線和TOPSwitch -HX器件的M引腳之間。您需卸除這些電阻,,使M引腳與源極短路,。如果是其他產(chǎn)品,請(qǐng)參閱相應(yīng)的器件數(shù)據(jù)手冊(cè),,確定應(yīng)使用的正確元件和禁用UV功能的方法,。

第5章:極低電壓工作

接下來,將兩個(gè)短導(dǎo)線焊接到輸入電容的負(fù)極和正極端子上,,用作測(cè)試點(diǎn),。為了正確驗(yàn)證低電壓工作情況,您需要在施加低AC輸入電壓的過程中,,監(jiān)測(cè)輸入電容的輸出電壓和DC總線電壓,。將一個(gè)萬用表連接到電路板的輸出端子,并將另一個(gè)萬用表連接到輸入電容,,利用兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè),。這兩個(gè)萬用表都應(yīng)設(shè)置為讀取DC電壓。

如果您的設(shè)計(jì)有多路輸出,,可將負(fù)載電阻連接到主穩(wěn)壓輸出以外的任何輸出,。負(fù)載電阻的大小應(yīng)能夠吸收為每個(gè)輸出指定的最小負(fù)載。這樣可防止這些輸出電壓因峰值充電而超出規(guī)格范圍,。

如果沒有為輸出指定最小負(fù)載,,那么選擇電阻吸收5 mA的輸出電流。將AC輸入導(dǎo)線連接到電路板,。確保AC輸入正確連接到電源的輸入端子,,而不是連接到DC輸出。AC輸入連接錯(cuò)誤可嚴(yán)重?fù)p壞電源,。

在本測(cè)試中,,您還需要測(cè)量AC輸入功率,。如果您有瓦特表,,請(qǐng)參照其操作手冊(cè)中有關(guān)如何安裝到AC輸入通道的說明,配置為測(cè)量AC電壓、電流及輸入功率,。如果沒有瓦特表可用,,可將第三個(gè)萬用表與AC輸入串聯(lián),設(shè)置為測(cè)量AC電流,。再將第四個(gè)萬用表連接到電源輸入端子,,測(cè)量AC電壓。

現(xiàn)在,,確保自耦變壓器或交流電源供應(yīng)器設(shè)置為零,,然后將其開啟。將輸入電壓慢慢提高到約10 VAC,。您應(yīng)該可以在瓦特表或輸入萬用表上看到AC輸入電壓在逐步增大,。如果沒看到的話,應(yīng)確認(rèn)您的交流電源供應(yīng)器是否配置正確,。您還應(yīng)該看到DC總線電壓在您施加AC電壓的過程中不斷增大,。

如果您使用的是瓦特表,穩(wěn)態(tài)AC輸入功率應(yīng)小于15 mW,。如果您使用的是兩個(gè)萬用表,,穩(wěn)態(tài)AC電流讀數(shù)應(yīng)小于10 mA。如果您看到輸入功率或AC電流高于此值,,那么說明您的電路板存在故障,。關(guān)閉交流電源供應(yīng)器,斷開AC輸入連接,。

在上述情況下,,持續(xù)提高AC電壓會(huì)對(duì)電路板造成破壞性故障。有關(guān)確定和修復(fù)電路板故障的信息,,請(qǐng)參見PI大學(xué)課程“修復(fù)無輸出電壓的反激式電源”,。

第6章:?jiǎn)?dòng)和穩(wěn)壓

如果輸入功率小于15 mW,則可繼續(xù)將電壓增大到50 VAC,。觀測(cè)DC輸出電壓,,如果輸出處于穩(wěn)壓狀態(tài)、自動(dòng)重啟動(dòng)狀態(tài),,或者輸出電壓表上的電壓讀數(shù)大于0.1 V,,則說明的電路板未受損且功能正常。

繼續(xù)將AC輸入電壓增大至指定的最小輸入電壓,。如果電源無法啟動(dòng)或達(dá)到穩(wěn)壓,,請(qǐng)停止測(cè)試,并參照PI大學(xué)課程“修復(fù)輸出無法達(dá)到穩(wěn)壓的反激式電源”排查問題,。

現(xiàn)在,,關(guān)閉AC輸入,,將輸入導(dǎo)線從電路板斷開,將輸入電容放電至安全的電壓水平,。此外,,將萬用表從DC大容量電容斷開

第7章:MOSFET漏極開關(guān)波形

接下來,您需要監(jiān)測(cè)漏極開關(guān)波形,。斷開電路板上的漏極走線,,插入一個(gè)電流環(huán)。確保此斷開點(diǎn)介于Power Integrations器件漏極引腳與箝位電路中的任何元件之間,。這樣可以確保探針只檢測(cè)到MOSFET電流,。

將一個(gè)1000 V或更大倍數(shù)的x100探針連接到MOSFET兩端來測(cè)量開關(guān)電壓。將示波器配置為以適當(dāng)?shù)谋壤瑫r(shí)顯示電壓和電流波形,,并設(shè)置一個(gè)寬時(shí)基,,以便在一幀圖像上顯示許多開關(guān)周期。例如,,對(duì)于這個(gè)132 kHz設(shè)計(jì),,可將時(shí)基設(shè)置為每格50 μs。

第8章:負(fù)載主輸出

現(xiàn)在,,將一個(gè)電子負(fù)載連接到電源的主輸出,,確保負(fù)載設(shè)置為零。將兩個(gè)萬用表連接到該輸出,,一個(gè)連接到輸出端子來測(cè)量輸出電壓,,另一個(gè)與電子負(fù)載串聯(lián)來測(cè)量輸出電流。用精度最高的萬用表來測(cè)量輸出電流,。

重新將AC輸入導(dǎo)線連接到電路板,,確保自耦變壓器或交流電源供應(yīng)器設(shè)置為零。現(xiàn)在,,接通AC輸入,,慢慢將電壓增大至電源的最小指定輸入電壓。慢慢將電源的負(fù)載增大至滿功率的25%,。輸出電壓應(yīng)維持在指定穩(wěn)壓容差范圍內(nèi),。繼續(xù)將負(fù)載提升到滿載。輸出電壓應(yīng)保持穩(wěn)定,,并處于穩(wěn)壓限值范圍內(nèi),。

第9章:滿載工作

如果您的設(shè)計(jì)采用多路輸出,請(qǐng)關(guān)斷AC輸入,,拆下早前安裝的最小負(fù)載電阻,。將所有這些電阻都分別替換為電子負(fù)載,直到您電源的所有輸出都加有負(fù)載,。如果此時(shí)沒有電子負(fù)載可用,,請(qǐng)參照電力電子裝置導(dǎo)論課程了解更多負(fù)載選項(xiàng),,以及如何替代它們的信息。

按照前面所講的方法,,連接兩個(gè)萬用表來監(jiān)測(cè)每個(gè)輸出的輸出電壓和電流。本設(shè)計(jì)總共有4路輸出,,因此總共需要8個(gè)萬用表,,其中至少4個(gè)應(yīng)具有高精度電流量程。這種配置便于進(jìn)行快速測(cè)量,。如果沒有足夠的這種萬用表可用,,可以用一個(gè)萬用表來測(cè)量所有電壓,方法是將它輪流連接到所有輸出,,分別測(cè)量電壓,,一次測(cè)量一個(gè)輸出。

將所有負(fù)載設(shè)置為從每個(gè)輸出吸收少量的電流,,避免峰值充電的發(fā)生,。再次將AC輸入歸零,然后接通,,慢慢將輸入增大至電源的最小工作電壓,。從主輸出開始逐個(gè)慢慢增大每個(gè)輸出的負(fù)載,以達(dá)到該輸出的額定滿載點(diǎn),,直到電源的所有負(fù)載都提供指定的滿輸出功率為止,。

此時(shí),您的電源提供最大連續(xù)輸出功率,。所有輸出都應(yīng)保持穩(wěn)壓,,并且處于指定的容差限值范圍內(nèi)。否則,,請(qǐng)停止測(cè)試,,參照PI大學(xué)故障診斷課程中的內(nèi)容來排查問題。如果電源已進(jìn)入自動(dòng)重啟動(dòng)模式,,請(qǐng)參見PI大學(xué)課程“修復(fù)無法提供滿功率的反激式電源”,。

第10章:檢驗(yàn)效率

當(dāng)電源在最大連續(xù)負(fù)載和低壓狀態(tài)下運(yùn)行時(shí),對(duì)電源執(zhí)行快速效率測(cè)量,,并將測(cè)量結(jié)果與PI Expert指定的目標(biāo)值進(jìn)行比較,。如果發(fā)現(xiàn)測(cè)量的效率低于預(yù)期的5%以上,請(qǐng)參照PI大學(xué)故障診斷課程中的內(nèi)容排查問題,。

第11章:峰值漏極電壓(高壓)

接下來,,減小示波器的時(shí)基,并在漏極電壓的上升沿觸發(fā),。將示波器設(shè)置為正常觸發(fā)模式,,然后緩慢增加觸發(fā)電平,,直至示波器在MOSFET電壓出現(xiàn)最高峰值時(shí)偶爾觸發(fā)。

利用示波器的光標(biāo)測(cè)量MOSFET在此峰值時(shí)的最大電壓?,F(xiàn)在,,緩慢將AC輸入電壓增加到最大輸入電壓,增加50 V后暫停,,以增加觸發(fā)電平,,然后測(cè)量最高峰值。

一旦所測(cè)得的峰值漏極電壓超過650 VDC,,則應(yīng)停止增加輸入電壓,,以防止該電壓超過MOSFET的最大額定電壓。如果在被迫停止前尚未達(dá)到最大輸入電壓,,則說明您的箝位電路可能設(shè)計(jì)有誤,,或者變壓器漏感超過了預(yù)期值。請(qǐng)先解決這一問題,,然后再繼續(xù)下一操作,。

第12章:欠壓鎖存

接下來,將各輸出負(fù)載降至最低,,然后切斷AC輸入,。如果您的設(shè)計(jì)中包含UV檢測(cè)電路,則請(qǐng)重新連接該電路,。此外,,應(yīng)將一個(gè)萬用表連接到輸入大容量電容兩端,設(shè)置為測(cè)量DC電壓,。將AC輸入歸零并接通,,然后緩慢增加電壓,直至DC總線電壓達(dá)到UV閾值的下限,。

電源的啟動(dòng)電壓應(yīng)介于根據(jù)Power Integrations器件及您的UV電阻的容差所定義的兩個(gè)限值之間,。而且,電源在電壓達(dá)到您設(shè)計(jì)的最小AC輸入電壓之前應(yīng)能啟動(dòng),。

在我們的設(shè)計(jì)范例中,,電源應(yīng)在DC總線上的78 V到105 VDC電壓范圍內(nèi)啟動(dòng),這由電阻和器件UV電流閾值的容差所定義,。

第13章:峰值漏極電壓(過載)

電源啟動(dòng)后,,將AC電壓增加到最小輸入電壓,然后使電源上的負(fù)載達(dá)到滿載,。在主輸出上,,開始緩慢增加負(fù)載,同時(shí)監(jiān)測(cè)示波器上的峰值漏極電壓,。在開始使電源輸出過載時(shí),,確認(rèn)該峰值電壓始終不會(huì)超過650 V峰值,。如果超過峰值,請(qǐng)停止測(cè)試,,排查箝位電路上的問題,。

一旦達(dá)到最大過載功率,輸出將會(huì)失調(diào),。這將觸發(fā)Power Integrations器件并進(jìn)入自動(dòng)重啟動(dòng),,或者進(jìn)行鎖存關(guān)斷。
自動(dòng)重啟動(dòng)是對(duì)電壓失調(diào)最常見的一種響應(yīng)方式,,但具體響應(yīng)情況因器件系列和電路配置而異。詳細(xì)信息請(qǐng)參見產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè),。

記錄電源在剛進(jìn)入保護(hù)模式之前示波器上所顯示的峰值漏極電壓值,。如果該電壓大于650 VDC,您需要調(diào)整箝位電路,。

電源過載會(huì)給所有元件帶來壓力,,且會(huì)增加電源的損耗。這將導(dǎo)致元件溫度迅速升高,,因此如果出現(xiàn)過熱的情況,,應(yīng)立即停止測(cè)試,讓電源慢慢冷卻下來,。

第14章:峰值漏極電壓(啟動(dòng))

進(jìn)行下一個(gè)測(cè)試時(shí),,需要將電源負(fù)載減小至滿載。如果電源已進(jìn)入鎖存關(guān)斷模式,,可能需要在電源返回正常操作模式之前切斷并重新接通AC輸入,。切斷交流電源供應(yīng)器,然后等待DC總線上的電壓已降至約10 V,。如果設(shè)計(jì)中采用了大容量電容,,可能需要花費(fèi)幾分鐘的時(shí)間。使用電容放電板可以縮短這一時(shí)間,。

接下來,,您將檢驗(yàn)啟動(dòng)時(shí)的漏極電壓和電流波形。將輸入電壓增至最大值,,確保電源處于滿載狀態(tài),。將示波器設(shè)置為在漏極電壓波形的上升沿正常觸發(fā)。緩慢增加觸發(fā)電平,,直至找到可在正常工作模式下進(jìn)行觸發(fā)的最高電平,。然后切斷交流輸入,重新裝上電源,。

在增加觸發(fā)電平的過程中繼續(xù)這一操作,,直至在裝上電源的過程中抓取到最高峰值電壓,。如果測(cè)得的最高電壓超過650 V 峰值,則需要重新設(shè)計(jì)箝位,。

第15章:漏極電流波形(啟動(dòng))

觸發(fā)示波器上的漏極電流波形時(shí)重復(fù)上述操作程序,,測(cè)量在裝上電源時(shí)看到的最高電流。檢驗(yàn)電流波形的形狀,,看是否存在變壓器飽和的跡象,。

啟動(dòng)過程中,可能會(huì)看到兩個(gè)電流波形中的一個(gè),。左側(cè)波形是正常電流脈沖,,它在導(dǎo)通到關(guān)斷的過程中呈線性斜升。右側(cè)電流脈沖表示存在變壓器飽和的跡象,。請(qǐng)注意該脈沖是如何以類似指數(shù)的形式上升到更高端的,。這是變壓器磁芯達(dá)到飽和且不能再貯存能量的臨界點(diǎn)。此時(shí),,初級(jí)電流將快速增大,,可能會(huì)損壞Power Integrations器件或其他初級(jí)側(cè)元件。

變壓器飽和的主要原因是有過多的磁通在磁芯中累積,。如果在您的設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)飽和現(xiàn)象,,首先需要與變壓器供應(yīng)商核實(shí),看變壓器是否嚴(yán)格按照PI Expert設(shè)計(jì)所指定的參數(shù)值進(jìn)行制造,。此外,,還應(yīng)確保變壓器的初級(jí)電感值處于設(shè)計(jì)所容許的容差限值范圍內(nèi)。(請(qǐng)參見第16章,,了解不使用LCR測(cè)量?jī)x進(jìn)行此測(cè)量的具體方法,。)如果器件限流點(diǎn)設(shè)定過高,也會(huì)造成變壓器飽和,。請(qǐng)查閱所用器件的數(shù)據(jù)手冊(cè),,了解檢驗(yàn)限流點(diǎn)設(shè)定方式的信息。

如果變壓器結(jié)構(gòu)和限流點(diǎn)設(shè)定方式正確,,您需要重新設(shè)計(jì)變壓器,,以減小磁芯的磁通密度。您可以通過為變壓器添加額外線圈或減小初級(jí)電感LP所容許的生產(chǎn)容差來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),。在PI Expert設(shè)計(jì)中增加線圈數(shù)時(shí),,可增加次級(jí)繞組圈數(shù)NS,軟件將會(huì)按比例相應(yīng)增加初級(jí)繞組圈數(shù)NP,。您也可以通過調(diào)節(jié)KP值來減小磁通密度,。如果初級(jí)限流點(diǎn)可設(shè)定且遠(yuǎn)高于您的功率級(jí)要求,那么降低限流點(diǎn)也會(huì)造成磁通量增大。在特殊情況下,,您也能需要通過增大磁芯尺寸來減小磁通密度,。您需要不斷調(diào)整設(shè)計(jì),直至最大磁通密度(BM)和峰值磁通密度(BP)都遠(yuǎn)低于PI Expert所指定的限值,。請(qǐng)注意,,優(yōu)化后的PI Expert設(shè)計(jì)應(yīng)始終能把磁通密度限制到可接受的水平。在手動(dòng)調(diào)整設(shè)計(jì)時(shí),,如果所作的某個(gè)修改可使磁通密度驟然增大,,PI Expert將會(huì)向您發(fā)出警告消息,提醒這一危險(xiǎn)狀況,。

變壓器磁芯過熱時(shí),,也會(huì)造成變壓器飽和。發(fā)現(xiàn)飽和問題后,,應(yīng)檢驗(yàn)變壓器是否在適當(dāng)?shù)臏囟认拗祪?nèi)進(jìn)行工作,。必要時(shí),請(qǐng)重新設(shè)計(jì)變壓器,,以降低磁芯和繞組損耗,,并降低其工作溫度,。

在啟動(dòng)測(cè)試期間,,可能會(huì)抓取到短脈沖,如上圖所示,。這些脈沖都是正常的,,是由低輸出電壓下變壓器復(fù)位不足造成的。

第16章: 變壓器初級(jí)電感量

現(xiàn)在切斷AC輸入,,將高壓示波器探針連接到輸入大容量電容的端子,。然后,向電源施加最小的AC輸入電壓,,將輸出負(fù)載增至滿載,。設(shè)定示波器,將高壓探頭連接在輸入大容量電解電容兩端,,從而測(cè)量到DC總線電壓,,同時(shí)測(cè)量漏極開關(guān)電流波形。

利用示波器測(cè)量大部分線性斜升過程中的漏極電流的di/dt比值,。這部分通常處于流限的25%到75%之間,。此外,還應(yīng)在用來測(cè)量電流變化的時(shí)間間隔內(nèi),,同時(shí)測(cè)量平均DC總線電壓,。利用這兩個(gè)測(cè)量結(jié)果,您可以根據(jù)電感的基本關(guān)系式計(jì)算出變壓器初級(jí)電感量的近似值:V = L Δi/Δt

MOSFET導(dǎo)通后,變壓器初級(jí)側(cè)的電壓將近似等于平均DC總線電壓,。電感中的電流等于漏感電流,。調(diào)整該公式后,我們可以計(jì)算出L值:L = V Δt/Δi

將計(jì)算得出的值與PI Expert中的指定值進(jìn)行比較,。如果計(jì)算值超出給定的容差范圍,,則需聯(lián)系變壓器制造商以解決這一問題。

第17章:初始電流尖峰

接下來,,檢查在MOSFET導(dǎo)通后隨即出現(xiàn)的高初始電流,。切斷交流電源供應(yīng)器,將高壓示波器探針重新連接到MOSFET兩端,,測(cè)量漏極開關(guān)電壓,。然后,施加指定的最大AC輸入電壓,,并將電源負(fù)載增至滿載,。設(shè)定示波器,以便同時(shí)顯示MOSFET電壓和電流,,并在漏極電壓的上升沿觸發(fā),。調(diào)寬時(shí)基范圍,以便監(jiān)測(cè)一個(gè)完整的開關(guān)周期,。
前沿消隱功能,,在MOSFET導(dǎo)通后立即將流限傳感器禁止一段時(shí)間。這樣可防止初始電流尖峰觸發(fā)流限,,使其提前結(jié)束電流脈沖,。不過,如果導(dǎo)通尖峰大于正常值,,還是會(huì)觸發(fā)器件的初始流限,,并使傳輸?shù)捷敵龅墓β适艿较拗啤?br /> PI前沿消隱功能

在指定的最低輸入電壓下重復(fù)此測(cè)量。如果電源設(shè)計(jì)為在低壓下以連續(xù)導(dǎo)通模式工作,,則初始電流基值將會(huì)增大初始電流尖峰,。

第18章:偏置繞組電壓

如果您在設(shè)計(jì)中采用了偏置繞組,則需關(guān)斷AC輸入并連接一個(gè)示波器電壓探針,,然后進(jìn)行設(shè)置,,測(cè)量偏置繞組輸出濾波電容上的DC電壓。必要時(shí),,可將兩個(gè)短接導(dǎo)線焊接到電路板背面,,用作測(cè)試點(diǎn)。然后,,施加最小的AC輸入電壓,,并移除電源輸出上的所有負(fù)載

通過示波器測(cè)量并記錄偏置繞組電容在整個(gè)周期內(nèi)的最低電壓。如果測(cè)量的最低偏置繞組電壓低于8 V,則可導(dǎo)致您的電源出現(xiàn)穩(wěn)壓?jiǎn)栴},。要解決此問題,,您需要增加偏置繞組的圈數(shù)以增大電壓。我們建議您在重新檢測(cè)原型設(shè)計(jì)的電壓之前,,每次只添加一個(gè)線圈,。添加過多線圈將導(dǎo)致偏置繞組電壓大幅升高,從而加大設(shè)計(jì)的空載功耗,。建議空載時(shí)的最低偏置繞組電壓應(yīng)大于8 V,,但小于約9 V。在有些設(shè)計(jì)中,,增大偏置繞組濾波電容的值可提供足夠的維持時(shí)間,,使最低偏置繞組電壓升至8 V以上。

第19章:輸出二極管反向峰值電壓(PIV)

接下來,,檢測(cè)輸出二極管的PIV,。首先,關(guān)斷AC輸入,,并斷開電路板上的所有示波器探針,。然后,在待測(cè)量的輸出二極管上連接一個(gè)低壓探針,,如下圖所示,,將接地線夾和探針尖分別連接到陰極和陽極。另外,,我們還插入了一個(gè)電流探針,,與輸出二極管串聯(lián),,用于查看二極管電流,。不過,您在測(cè)量時(shí)并不一定要這樣做,。

施加最大的AC輸入電壓,,并將電源負(fù)載增至滿載。觀察示波器上顯示的DC電壓時(shí),,您將發(fā)現(xiàn):在二極管導(dǎo)通時(shí)二極管上的電壓接近零值,,二極管關(guān)斷時(shí)電壓迅速回復(fù)為負(fù)值。該負(fù)電壓即為逆向電壓,。在任何測(cè)量點(diǎn)測(cè)量二極管出現(xiàn)的最高負(fù)電壓,,然后將該測(cè)量值與二極的PIV額定值進(jìn)行比較。如果測(cè)量值等于或大于二極管額定值,,那么該二極管將在尚未達(dá)到預(yù)期的元件壽命之前就會(huì)失效,。

為提高元件的現(xiàn)場(chǎng)可靠性,Power Integrations建議在PIV測(cè)量值與二極管額定值之間維持20%的裕量。如果您的二極管不符合這些要求,,請(qǐng)換用PIV額定值更大的二極管,,或者對(duì)二極管緩沖電路進(jìn)行優(yōu)化。

第20章:滿載效率

接下來,,測(cè)量并記錄電源在最低和最高AC輸入電壓下的滿載效率,。如果滿載效率比PI Expert預(yù)測(cè)值低出5%或更多,則需要解決此問題,。

第21章:元件溫度

測(cè)量設(shè)計(jì)中關(guān)鍵元件的溫度,,其中包括二極管、電解電容,、共模扼流圈,、變壓器磁芯、繞組以及Power Integrations器件,。執(zhí)行這些測(cè)量應(yīng)滿足以下條件:電源滿載,,且電源已在室溫下工作大約20分鐘。分別測(cè)量最小和最大AC輸入電壓下的溫度,。不過,,溫度通常在低壓時(shí)最高。

不斷增大所測(cè)室溫的溫度到指定的最高環(huán)境溫度,,以接近最差條件的環(huán)境溫度,。將這些估計(jì)溫度與元件數(shù)據(jù)手冊(cè)中的最大工作溫度進(jìn)行比較。在進(jìn)行比較時(shí),,確保將您設(shè)計(jì)中的任何降額要求納入考量,。

您可以降低元件額定溫度,以滿足特定安全要求或延長元件使用壽命,。例如,,電解電容的允許工作溫度與元件的預(yù)期使用壽命成函數(shù)關(guān)系。一個(gè)額定溫度105℃,、額定使用壽命2,000小時(shí)的電容,,在70℃下連續(xù)工作時(shí),其預(yù)期使用壽命可達(dá)到約20,000小時(shí),。為便于參考,,這里提供了部分主要元件的溫度降額值。

如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)元件或PCB變色,,或是某個(gè)元件冒煙,,請(qǐng)立即關(guān)斷AC輸入并解決這一問題。

第22章:輸出電壓紋波

現(xiàn)在,,測(cè)量輸出電壓紋波,,確定它處在設(shè)計(jì)指定的限值范圍內(nèi),。如果超出指定范圍,或發(fā)現(xiàn)輸出有明顯的振蕩,,請(qǐng)參照PI University的故障診斷課程解決這一問題,。

第23章:以最終負(fù)載啟動(dòng)

最后,關(guān)斷AC輸入,,將電子負(fù)載從電源輸出移除,,然后連接實(shí)際負(fù)載。將一個(gè)萬用表連接到電源的輸出端,,監(jiān)測(cè)輸出電壓,。將交流電源供應(yīng)器設(shè)定為電源的最大AC電壓,并裝上電源,。檢驗(yàn)電源能否在為實(shí)際負(fù)載供電的情況下啟動(dòng)并達(dá)到穩(wěn)壓,。

將AC電壓設(shè)定為最小限值,重復(fù)此測(cè)試,。如果電源在連接實(shí)際負(fù)載的情況下無法啟動(dòng),,您需要觀看PI大學(xué)故障診斷課程“修復(fù)輸出無法達(dá)到穩(wěn)壓的反激式電源”排查問題。

第24章:為最終負(fù)載供電

如果您的負(fù)載具有不同的工作模式,,請(qǐng)務(wù)必循環(huán)測(cè)試所有模式,,確保電源永遠(yuǎn)不會(huì)進(jìn)入自動(dòng)重啟動(dòng)模式。如果進(jìn)入的話,,說明您的負(fù)載所吸收的功率大于電源的額定輸出功率,。此時(shí),您需要認(rèn)真分析負(fù)載特性,,然后重新設(shè)計(jì)電源

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