高頻開關電源設計的案例
干貨 | 高頻電路不穩定？教你從零實戰小功率開關電源設計
本章節以實用小型電源的設計為例，說明電源設計的方法?？刂齐娐沸问綖樗な?，采用UC3842為PWM控制電路。電源開關頻率的選擇決定了變換器的特性。開關頻率越高，變壓器、電感器的體積越小，電路的動態響應也越好。但隨著頻率的提高，諸如開關損耗、門極驅動損耗、輸出整流管的損耗會越來越突出，對磁性材料的選擇和參數設計的要求也會越苛刻。另外，高頻下線路的寄生參數對線路的影響程度難以預料，整個電路的穩定性、運行特性以及系統的調試會比較困難。在本電源中，選定工作頻率為85 kHz。
01
電源設計指標
小型電源輸入、 輸出參數如下：
輸入電壓：AC 110/220 V；
輸入電壓變動范圍：90～240 V；
輸入頻率：50/60 Hz；
輸出電壓：12 V；
輸出電流：2.5 A。
02
電路結構的選擇
小功率開關電源可以采用單端反激式或者單端正激式電路，使電源結構簡單，工作可靠，成本低。
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本文以實用小型電源的設計為例，說明電源設計的方法?？刂齐娐沸问綖樗な?，采用UC3842為PWM控制電路。電源開關頻率的選擇決定了變換器的特性。開關頻率越高，變壓器、電感器的體積越小，電路的動態響應也越好。但隨著頻率的提高，諸如開關損耗、門極驅動損耗、輸出整流管的損耗會越來越突出，對磁性材料的選擇和參數設計的要求也會越苛刻。另外，高頻下線路的寄生參數對線路的影響程度難以預料，整個電路的穩定性、運行特性以及系統的調試會比較困難。在本電源中，選定工作頻率為85 kHz。
01
電源設計指標
小型電源輸入、 輸出參數如下：
輸入電壓：AC 110/220 V；
輸入電壓變動范圍：90～240 V；
輸入頻率：50/60 Hz；
輸出電壓：12 V；
輸出電流：2.5 A。
02
電路結構的選擇
小功率開關電源可以采用單端反激式或者單端正激式電路，使電源結構簡單，工作可靠，成本低。
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本章節以實用小型電源的設計為例，說明電源設計的方法?？刂齐娐沸问綖樗な剑捎肬C3842為PWM控制電路。電源開關頻率的選擇決定了變換器的特性。開關頻率越高，變壓器、電感器的體積越小，電路的動態響應也越好。但隨著頻率的提高，諸如開關損耗、門極驅動損耗、輸出整流管的損耗會越來越突出，對磁性材料的選擇和參數設計的要求也會越苛刻。另外，高頻下線路的寄生參數對線路的影響程度難以預料，整個電路的穩定性、運行特性以及系統的調試會比較困難。在本電源中，選定工作頻率為85 kHz。
01
電源設計指標
小型電源輸入、 輸出參數如下：
輸入電壓：AC 110/220 V；
輸入電壓變動范圍：90～240 V；
輸入頻率：50/60 Hz；
輸出電壓：12 V；
輸出電流：2.5 A。
02
電路結構的選擇
小功率開關電源可以采用單端反激式或者單端正激式電路，使電源結構簡單，工作可靠，成本低。
展開 【電源設計必備】開關電源常用安規要求一覽表！
：初級側線材若組裝接觸到次級元件，則需用雙重絕緣線或加絕緣套管；
◆ 線材要求：INLET上輸入線焊點一般要求用鉤焊來焊接才是可靠的；PCB上焊點需要點膠固定或者有倒鉤；
◆ 線材要求：若線材的一端松脫后會造成初級次級元件接觸，則應將線材用扎帶固定；
◆ 間距要求：初級元件與變壓器磁芯/PE地（保持基本絕緣），初級元件與次級元件（保持加強絕緣），次級元件與變壓器磁芯（保持基本絕緣）；
◆ 小功率的開關電源變壓器：一般次級采用三重絕緣線后磁芯當成一次側元件，磁芯與次級元件和變壓器次級pin間都應保持加強絕緣；
◆ 線性變壓器：通常次級與變壓器磁芯未保持基本絕緣，此時磁芯一般作為次級元件，初級與磁芯因保持加強絕緣；
◆ 變壓器骨架（bobbin):一般要求厚度超過0.4mm(IEC60950&60065),1.0mm(IEC61558&60335-2-29)
結構設計安規標準要求
◆ 塑膠外殼的熱應力消除測試：正常狀態下外殼最高溫度+10℃.但不得低于70℃ ---IEC60950/60065
◆ 塑膠外殼的球壓測試：正常狀態下外殼最高溫度+40℃.但不得低于70℃ ---IEC61558
◆ 支撐初級帶電部件的絕緣材料球壓測試：至少125℃ ---IEC61558/60950
◆ 防火外殼要求：V-1級或通過V-1級燃燒測試
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【電源設計必備】開關電源常用安規要求一覽表！
：初級側線材若組裝接觸到次級元件，則需用雙重絕緣線或加絕緣套管；
◆ 線材要求：INLET上輸入線焊點一般要求用鉤焊來焊接才是可靠的；PCB上焊點需要點膠固定或者有倒鉤；
◆ 線材要求：若線材的一端松脫后會造成初級次級元件接觸，則應將線材用扎帶固定；
◆ 間距要求：初級元件與變壓器磁芯/PE地（保持基本絕緣），初級元件與次級元件（保持加強絕緣），次級元件與變壓器磁芯（保持基本絕緣）；
◆ 小功率的開關電源變壓器：一般次級采用三重絕緣線后磁芯當成一次側元件，磁芯與次級元件和變壓器次級pin間都應保持加強絕緣；
◆ 線性變壓器：通常次級與變壓器磁芯未保持基本絕緣，此時磁芯一般作為次級元件，初級與磁芯因保持加強絕緣；
◆ 變壓器骨架（bobbin):一般要求厚度超過0.4mm(IEC60950&60065),1.0mm(IEC61558&60335-2-29)
結構設計安規標準要求
◆ 塑膠外殼的熱應力消除測試：正常狀態下外殼最高溫度+10℃.但不得低于70℃ ---IEC60950/60065
◆ 塑膠外殼的球壓測試：正常狀態下外殼最高溫度+40℃.但不得低于70℃ ---IEC61558
◆ 支撐初級帶電部件的絕緣材料球壓測試：至少125℃ ---IEC61558/60950
◆ 防火外殼要求：V-1級或通過V-1級燃燒測試
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：初級側線材若組裝接觸到次級元件，則需用雙重絕緣線或加絕緣套管；
◆ 線材要求：INLET上輸入線焊點一般要求用鉤焊來焊接才是可靠的；PCB上焊點需要點膠固定或者有倒鉤；
◆ 線材要求：若線材的一端松脫后會造成初級次級元件接觸，則應將線材用扎帶固定；
◆ 間距要求：初級元件與變壓器磁芯/PE地（保持基本絕緣），初級元件與次級元件（保持加強絕緣），次級元件與變壓器磁芯（保持基本絕緣）；
◆ 小功率的開關電源變壓器：一般次級采用三重絕緣線后磁芯當成一次側元件，磁芯與次級元件和變壓器次級pin間都應保持加強絕緣；
◆ 線性變壓器：通常次級與變壓器磁芯未保持基本絕緣，此時磁芯一般作為次級元件，初級與磁芯因保持加強絕緣；
◆ 變壓器骨架（bobbin):一般要求厚度超過0.4mm(IEC60950&60065),1.0mm(IEC61558&60335-2-29)
結構設計安規標準要求
◆ 塑膠外殼的熱應力消除測試：正常狀態下外殼最高溫度+10℃.但不得低于70℃ ---IEC60950/60065
◆ 塑膠外殼的球壓測試：正常狀態下外殼最高溫度+40℃.但不得低于70℃ ---IEC61558
◆ 支撐初級帶電部件的絕緣材料球壓測試：至少125℃ ---IEC61558/60950
◆ 防火外殼要求：V-1級或通過V-1級燃燒測試
展開 報名 | Ansys 開關電源設計解決方案
開關電源設計涉及電場和電磁學與機械應力、熱和流體的耦合，Ansys可提供一套完整的開關電源設計解決方案，經過多年的市場檢驗，已經在磁性器件設計、半導體器件建模、電磁兼容濾波器設計等方面獲得了客戶的認可。
2022 R1新版本中Maxwell支持多相電機的ECE降階模型生成，改進了感應電機等的效率map圖計算，同時還增強Litz線損耗預測功能，相信會給廣大開關電源客戶帶來更多價值。5月17日，『Ansys 開關電源設計解決方案』網絡研討會即將上線，歡迎開關電源企業設計人員或大型綜合企業的開關電源設計人員預約參會。
時間
5月17日（星期二），16:00-17:00
講師介紹
楊利輝 | Ansys低頻電磁高級應用工程師
多年來從事開關電源電路、磁性器件以及其電磁兼容的仿真及設計，目前在Ansys公司從事開關電源和電機系統方面的技術支持和市場拓展工作。
展開 干貨｜小功率開關電源設計實戰
本章節以實用小型電源的設計為例，說明電源設計的方法?？刂齐娐沸问綖樗な剑捎肬C3842為PWM控制電路。電源開關頻率的選擇決定了變換器的特性。開關頻率越高，變壓器、電感器的體積越小，電路的動態響應也越好。但隨著頻率的提高，諸如開關損耗、門極驅動損耗、輸出整流管的損耗會越來越突出，對磁性材料的選擇和參數設計的要求也會越苛刻。另外，高頻下線路的寄生參數對線路的影響程度難以預料，整個電路的穩定性、運行特性以及系統的調試會比較困難。在本電源中，選定工作頻率為85 kHz。
電源設計指標
小型電源輸入、 輸出參數如下：
輸入電壓：AC 110/220 V；
輸入電壓變動范圍：90～240 V；
輸入頻率：50/60 Hz；
輸出電壓：12 V；
輸出電流：2.5 A。
電路結構的選擇
小功率開關電源可以采用單端反激式或者單端正激式電路，使電源結構簡單，工作可靠，成本低。
展開 干貨 | 教你做好LED開關電源保護設計
LED開關電源過熱保護電路
直流LED開關電源中開關穩壓器的高集成化和輕量小體積，使其單位體積內的功率密度大大提高，因此如果電源裝置內部的元器件對其工作環境溫度的要求沒有相應提高，必然會使電路性能變壞，元器件過早失效。因此在大功率直流LED開關電源中應該設過熱保護電路。
本文采用溫度繼電器來檢測電源裝置內部的溫度，當電源裝置內部產生過熱時，溫度繼電器就動作，使整機告警電路處于告警狀態，實現對電源的過熱保護。
如圖 4(a)所示，在保護電路中將P型控制柵熱晶閘管放置在功率開關三極管附近，根據TT102的特性(由Rr值確定該器件的導通溫度，Rr越大，導通溫度越 低)，當功率管的管殼溫度或者裝置內部的溫度超過允許值時，熱晶閘管就導通，使發光二極管發亮告警。
倘若配合光電耦合器，就可使整機告警電路動作，保護 LED開關電源。該電路還可以設計成如圖4(b)所示，用作功率晶體管的過熱保護，晶體開關管的基極電流被N型控制柵熱晶閘管TT201旁路，開關管截 止，切斷集電極電流，防止過熱。
展開 干貨 | 開關電源9個電路設計實例分析
應用實例（4）
一種波形比較理想的變壓器隔離驅動電路
波形比較理想的變壓器隔離驅動應用實例
應用實例（5）
偏小變壓器反激開關電源設計之參考建議本案例是EC-2828變壓器全電壓輸入，輸出功率60W。
EC-2828變壓器全電壓輸入，輸出功率60W。
● 對于偏小磁芯變壓器的設計：主要有磁芯Ae面積偏小的問題，將會帶來初級圈數偏多的現象?？梢赃m當提高工作頻率，本案例工作頻率在70KHz-75KHz。由于圈數偏多初次級的耦合將會更有利。所以VCC繞組電壓在短路瞬間會上沖到比較高的狀態，本案例原理圖上有可控硅做過壓保護功能。而后因為次級繞組的短路耦合到VCC繞組使其電壓降低到IC不能啟動這個過程是可以實現的。
● 要做到以上特性：VCC繞組線徑必須要小，我個人一般取0.17mm以下，小于0.12會很容易斷。這樣小的線徑談不上節約銅材，但是可以利用銅線的阻抗來代替很多設計人員習慣在VCC整流二極管上串聯小阻值電阻的功能，而且這個利用線圈本身的阻抗對交流的抑制能力在本案例當中更有效，可以防止瞬間沖擊而損壞后級電路的功效。
● 初級與次級主繞組必須是最近相鄰的繞組，這樣耦合會更有利。
展開 Icepak在開關電源熱設計中的應用
在開關電源中電子元器件在工作時會耗散大量熱量，為保證元器件和電源的熱可靠性，熱分析和熱控制必不可少。Icepak是目前較流行的專業的、面向工程師的電子產品熱分析軟件之一，利用它，可大大減少計算量，縮短研制周期，降低成本。本文較詳細地介紹了利用Icepak進行開關電源熱設計仿真的過程,并對計算結果進行分析、比較，得到最優化設計。
Icepak在開關電源熱設計中的應用.pdf
干貨｜開關電源設計的各項指標、概念和定義
紋波是出現在輸出端子間的一種與輸入頻率和開關頻率同步的成分，用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在輸出電壓的 0.5%以下；噪聲是出現在輸出端子間的紋波以外的一種高頻成分，也用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在輸出電壓的 1%左右。紋波噪聲是二者的合成，用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在輸出電壓的 2%以下。
四． 沖擊電流
如圖所示是自控式數字表逆變電源電路。它不需要單獨設立電源開關或對表內開關進行改造。該電路具有耗電省、穩定可靠、不影響儀表精度等特點。電路中的變壓器T是用E3型鐵氧體磁芯、各折去一角后加工成口字形，L2在內,L1在外。整個逆變電源工作時，電池工作電流約為70mA。
五． 過流保護
下圖為仿制電路：輸入可低至0.8V，輸出電流可達10mA
輸出開路，輸入電流為零。
展開 干貨｜實用開關電源電路設計項目分享
對于偏小磁芯變壓器的設計：主要有磁芯Ae面積偏小的問題，將會帶來初級圈數偏多的現象?？梢赃m當提高工作頻率，本案例工作頻率在70KHz-75KHz。由于圈數偏多初次級的耦合將會更有利。所以VCC繞組電壓在短路瞬間會上沖到比較高的狀態，本案例原理圖上有可控硅做過壓保護功能。而后因為次級繞組的短路耦合到VCC繞組使其電壓降低到IC不能啟動這個過程是可以實現的。
要做到以上特性：VCC繞組線徑必須要小，我個人一般取0.17mm以下，小于0.12會很容易斷。這樣小的線徑談不上節約銅材，但是可以利用銅線的阻抗來代替很多設計人員習慣在VCC整流二極管上串聯小阻值電阻的功能，而且這個利用線圈本身的阻抗對交流的抑制能力在本案例當中更有效，可以防止瞬間沖擊而損壞后級電路的功效。
初級與次級主繞組必須是最近相鄰的繞組，這樣耦合會更有利。
開關電源在MOSFET-D端點工作時候產生的干擾是最大的（也是RCD吸收端與變壓器相連的端點），在變壓器繞制時建議將他繞在變壓器的第一個繞組，并作為起點端，讓他藏在變壓器最里層，這樣后面繞組銅線的屏蔽是有較好抑制干擾效果的。
VCC繞組在計算其圈數時盡量的在IC最低工作電壓乘以1.1倍作為誤差值，不用考慮銅線的壓降，因為啟動前電流是非常小的，所以這個電阻并沒有多少影響，幾乎可以忽略不計。而在電路未啟動之前，由于高壓端啟動電阻的充電，可以將VCC上電容上的電壓充到IC啟動的電壓，一旦電路有問題一下啟動不了VCC由于繞組電壓的預設值偏低。
展開 直播 | Ansys磁性元件及開關電源設計解決方案
4月14日 | 【Ansys*恩碩科技】Ansys磁性元件及開關電源設計解決方案
簡介：開關電源(SMPS)是重要的電力電子設備，廣泛應用于各類消費電子、工業自動化、電力設備、航空航天、軌道交通等領域。開關電源的研發通常需要關注它的電路功能實現、損耗、發熱及EMC等問題。解決這些問題最先進的方法是利用CAE技術，使仿真與試驗、經驗相結合，形成互補，從而提升研發設計能力，有效指導新產品的研發設計，節省產品開發成本，縮短開發周期，從而大幅度提高企業的市場競爭力。
合作伙伴：武漢恩碩科技有限公司
地點：線上
費用：免費
>>點擊報名：https://v.ansys.com.cn/Live/8d5be559?source=jishulink
4月19日 | 【Ansys*恒士達】LS-DYNA混凝土本構72號模型簡介
簡介：LS-DYNA中有多種用于三維實體單元的混凝土本構模型，其中，72號材料本構模型運用得比較廣泛，本次研討會主要介紹72號材料本構模型的原理、使用方法以及優缺點和適用范圍?？梢詭椭鶯S-DYNA用戶能夠正確設定數值參數并在工程應用中合理使用72號材料。
合作伙伴：上海恒士達科技有限公司
時間：長期有效
地點：線上
費用：免費
4月21日 | 【Ansys*恩碩科技】Ansys 板級SI/PI設計解決方案
簡介：
高速PCB電路性能設計有哪些問題和難點？
展開 干貨｜開關電源中的光耦經典電路設計分析
小結
開關電源的光耦主要是隔離、提供反饋信號和開關作用。開關電源電路中光耦的電源是從高頻變壓器次級電壓提供的，當輸出電壓低于穩壓管電壓是給信號光耦接通，加大占空比，使得輸出電壓升高；反之則關斷光耦減小占空比，使得輸出電壓降低。旦高頻變壓器次級負載超載或開關電路有故障，就沒有光耦電源提供，光耦就控制著開關電路不能起振，從而保護開關管不至被擊穿燒毀。
