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【我是工程师第三季】分享一款反激电源项目(OB5282+MPS6902 150W无PFC)

时间:2018-03-02 07:11:45 点击:

由于是第一次发帖 希望各位大神尽量吐槽,点评,扔鸡蛋 、砸砖头(限金砖,不可以砸人)、小李不胜感激万分感谢!

做电源RD的,很多时候我们需要耐心、认真、细心、谨慎!

下面我就分享我一个最近做过的项目吧。

挑战反激无PFC150W

第三季开始了?我怎么不知道呢 呵呵,预热期 我心急嘛 急着大家砸金砖 马上开始啦,现在就可以参加! 顶一个,请继续。

这段时间有项目插进 做了一款24W双输出的无Y设计,导致 帖子停了些许时间

加油更新 粗看客户规格书要求 得出以下信息:

输入要求:

输入要求

输出要求:

输出要求

这是初步~

原理图版本1走起~

原理图1

为什么说是原理图版本1呢 因为后续EMI整改~~

难道大家都没有什么想说的吗??一个人的精彩??

接着上版本1的PCBlayout图:

版本1底层走线版本1底层丝印

为了能过EMI,不惜成本,加了三级共模,可想而知,EMI是多么的“诡异”

磁环器件

因为这个项目是去年做的,版本1之前还有一个版本0,这个版本0是之前项目工程师做的,工程师离职了,就交接到下一任工程师手上,结果就出现了一系列的版本,加一系列的整改,调试,看看把之前之后的调试样机找出了,发图,参考~! 然而原理图版本1也是继版本0之后的调整~! 这个控制IC u1启动电压完全靠市电的半波整流吗?而且不需要稳压管吗? 是的 这个引脚还可以对X电容泄放电功能 是一款比较理想的IC~ 找了大半天,终于找到了版本0的板子~

版本0底层版本0顶层

据说这个板子是整过了EMC的,所以,接手后的原理图1,前级为什么是三级共模,原因出来了。

板子整得很残忍,当然板子的变压器已经不是原来的变压器了 ,为了好看 加了一个终极版本的变压器

分享其它论坛的资料,觉得很好,这些资料也在后续的调试EMC中 使用了部分大招(以下内容源于其它电源论坛,一字不漏拷贝,如有疑问,能力范围内解释)

共模

F1:保险管的寿命受输入浪涌电压和浪涌电流的双重影响,应该尽可能采用慢恢复型保险管,一般是按照最大输入电流的两至三倍选取。AC输入时,浪涌电压的影响可能要严重些。电池输入(低压),如果输入端抑制不足,浪涌电流对保险管的影响可能要严重些。AC输入时,在工业场合,浪涌电压也远比民用场合严重,这时防雷器件(参数及结构配置)的设计对保险管的影响尤其突出,必要时还要采用双(三)保险。相关设计过程可以参考专门针对防雷电路、浪涌电流抑制电路的设计文献。单保险管要接在L线上,且玻璃管引线封装最好增加一层热缩套管,并且在PCB板上标明容量。

RT1:热敏电阻的主要作用是抑制输入浪涌电流,RT1过大,发热严重。RT1过小,可能会影响到保险管和输入电解电容的寿命。输入冲击电流一般是硬性指标,选择RT1时一定要仔细的核实最大冲击电流限制值,如果没有给出这项要求,可以参考同等功率级别的其他类型产品。在全密封条件下,RT的发热可能会非常严重。另外,如果产品要求低温启动测试,RT阻值会变得相当大,很可能导致产品无法正常起机。

X电容:60W的产品,采用0.47uF的X电容,比较保险。换句话说,30W的产品,应该采用0.22uFX电容,120W的产品采用1uF的X电容。尽管这种方法没有什么科学依据,但是确实屡试不爽。如果你喜欢比较有挑战性的工作,那就另当别论了。X电容与Y电容不同,X电容容量大一点也不会让其他地方变得更加恶劣。在成本不是主要因素的情况下,对自己好一点,多留条活路。另外,在图①中,绝大部分人并不认可C4作用,此处存在了很大争议性。Y电容:Y电容的配置有两个的,也有四个的;有102的,也有222、472的,有串磁珠的,也有串电阻的,只要EMI都能过,只要泄露电流没超,都是万岁!总之五花八门,千奇百怪。这也反映出人们内心对于Y电容充满深深的恐惧。其实Y电容并没有错,性能也较为优良,罪魁祸首都在于磁性材料(共模电感、变压器)及接地方式,后续分析。

MOV1:压敏电阻的计算方式并没有统一标准,一旦对实际情况估算错误(击穿电压偏低),反而会对产品造成严重的危害。在防雷要求不高的民用产品中,一般采用14K471居多,工业场合一般都在500V以上,如14K511,14K561等等。如果你不了解产品的真实用电环境(非居民小区用电),要尽量避免使用500V以下的压敏电阻。不同的行业,采取的防雷措施不尽相同,论坛上也讨论较少,一定要认真仔细的研究,特别是与多个保险管的配置方面。另外,配置防雷管后,耐压测试时往往会出现误动作,这也是让人头痛的问题。MOV1需要增加热缩套管。

DB1:小功率产品,选型比较简单。从散热的角度考虑,宽范围60W产品,整流器的最低规格不应该低于2A。在成本不苛刻的条件下,一般采用4A即可。对于某些特殊场合,如存在瞬态高浪涌电压,整流器的规格应该进一步增大。有种情况很少见(但确实有存在),有部分工程师选择输入电解电容时,会选择超大的容量(可能是量不大,又是自家用),而浪涌抑制(热敏)电阻的规格却特别小。这时候强大的冲击电流会对保险管和整流器形成致命的威胁。专业的电源制造公司不会出现这种情况,而非专业制造商,在开发系统配套产品时,由于开发人员经验不足,又缺乏严谨的测试规范,而忽略这些潜在的隐患。

共模电感:上面分别给出了三种配置,方案①,这种配置比较多。我们经常看到的情况是:前级一个¢8~¢16的小磁环(30~1000uH),后级采用一个¢20~¢25的大磁环(15~30mH),前级作用在高频,后级低频,高低搭配刚好合适。方案②,这种情况也较为常见,前后两个一模一样的共模线圈,非常美观。采用这种配置时,为了保证较好的滤波效果(降低分布电容),每一级的电感量(匝数)不能太高。这样不仅会降低共模电感的分布电容,绕制工艺也会相对简单,而且美观,就是成本较高。方案③,一般对EMI要求较低的产品较多使用,低成本EE型共模电感最为常见。部分对成本要求苛刻的产品中,不少人也会采用单个¢18~25左右的磁环来设计,这需要开发人员具备足够的经验及技巧。共模电感的材质、形状、绕制工艺对滤波效果影响较大,而且EMI滤波元件配置与整机结构也有很大的关系。

很多人不晓得如何去计算共模电感值,下面是一种参考方法(适用于中小功率)。

100KHZ------30mH

1.0MHZ------3.0mH

10MHZ-------300uH

100MHZ------30uH

5.0MHZ------600uH

30MHZ-------100uH在传导测试时,3*F,1MHZ,5MHZ,20~30MHZ这四个点容易出问题。

注:1、这种方法,只具有规律性,而没有科学性;

2、共模电感的材质、形状、绕制工艺对其滤波效果影响非常大;

3、共模电感不会饱和(对称绕制),但会产生较高的浪涌电压;

4、共模磁环,最好只绕两层,在磁环绕制工艺方面建议多下点功夫;

5、共模滤波的设计原则是如何让其更有效

对于整改EMC,X电容,Y电容,共模的感量设计真的很多是很实用的 还有雷击 浪涌这个资料很好,实用~

版本0的X电容就是474+224,Y电容用的就是2个Y串联。

版本0空载版本0负载

图片是调试的时候拍的,去年的事情了,版本0到此over,接下来开始版本1的调试及问题点。

mark,支持老师 没想到这么快就第三季啦,恭喜楼主抢占先机 我是偷渡的~!~! 哈哈 我算不上什么老师 顶多就是个学生~ mark一下 实用干货,mark一下, 哈哈 非常感谢支持 也欢迎发表意见及见解 !! 具体过了EMC那些项目呢?还有能说下 具体能抗的住几个等级? 版本3就是EMC, 版本四就是 取消EMC 其中遇到很多很多问题 还望大神 可以发表意见 谢谢!! 请问变压器的参数是要自己设计吗?比如一些智能软件,输入参数就能获得。。还是芯片手册上有说。。本人小菜鸟一个,麻烦大神请教

反激做的方案吗? 170W,效率温升没问题?

效率88+ 温度刚刚开始是个问题 后来就没有问题了

版本1贴片实物图版本1底层实物图

IMG_20161011_203830IMG_20161011_204458

IMG_20161013_163002版本1温度

IMG_20161013_163007IMG_20161013_163017

IMG_20161013_163020IMG_20161013_163327IMG_20161013_191307IMG_20161013_191522

版本1的调试无非就是在按照版本0的基础上做几个样板验证一下版本0的整改是否OK?结果是如最后一张图 温升 温升 温升~!~!

公司有科环传导仪器可以测试,虽然有条线看起来不是很理想 据其他项目工程师说 那条线问题不大 第三方测试是没有问题的 所以没有多究~

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WPTW}15SKC)(][QM8@}C%JB版本1的散热片已经做了这样的处理,桥堆GBU封装 独立散热片 输出同步整流mosfTO-220封装 独立散热片 主功率mosf也是独立散热片 而且散热面积是如此的“奢侈”~~其结果还是如上图结果~

据版本残留物发现 之前有打样纯铜今的散热片来处理散热问题 可想而知 这个热问题是如此的棘手~

然而从温度数据可以发现 并不是只有加散热片的器件热 看看变压器 磁环 电解电容 限流电阻 还有其它 难道这在热设计分布不均匀或是均匀?

来不及处理验证这些问题的时候,公司另一个项目工程师有项目外出测试辐射(公司没有辐射仪),借此机会也一起外出测试一下 看看结果回来再做进一步处理。然而:(只上传最后测试的结果)

11

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要不就是不过 要不就是余量不足~

当时项目开案的时候 因为某些原因 具体原因不详 后来案子处于呆滞状态 虽然呆滞 但是一有空余时间 还是马上分析处理问题。

从第三方测试机构回来后 拿着余量不足的机子 再次做了评估,如图 MOSF D极穿了电阻 还在D-S极加P 可想而知 这个温度会比之前还高 温度的测试已经不用多此一举了!

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搞的像一坨屎一样,难看

支持

支持!

菜鸟一枚,来学习学习,老师好

然而回来之后重心还是在于辐射上面,在辐射结合温升这一块做了一些小改动,主要还是集中在mosf这一小部分,

IMG_20170511_222326如图,因为之前的封装都是小一号的,然而进入了严重的“误区”(增加散热面积解决温度问题)结果并不能达到理想的效果,此处用的涤纶电容的耐温是85度的,此处温度已经超过了85度,涤纶已经完全因为高温变色失效了,电阻也是,所以看到了一个瓷片电容,PCB二极管封装是DO15的 已经换成了DO27的实物 慢管 1N5408 可想5408有多慢 实则就是一整流二极管 所以这温度高,用快管有担心存在辐射问题。如何去折中,如何去选mosf也是很关键。

经过反复折腾之后温度是有所改善了 选择了一款韩国牌子Semihow的coolmosf 内阻150毫欧,温度在接受范围了 不过余量不大,然后匆匆去了第三方实验室,幸好做了充分准备(奋战到天明的准备)结果过了

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IMG_20170512_224439是的没错过了,但是作为专案项目工程师,知道问题的弊端,温升 因为过是过了 但是 这测过的不是coolmosf是平面mosf,在公司的时候已经做过接近的温度实验,温度是不合格的,结果回到公司一测试,不说了 版本1就这样结束了。接下来开始了版本2的开始 结合版本1的整改而整改~

上次版本2和版本3的原理和PCB图 版本2和3的原理是一样的 板子是器件的封装不一样,

A

B

C

D

F结合版本1的整改,双Y 取消一级共模 取消一级X电容,然而每次版本的更改 layout都会发生或大或小甚至是大改~~~你知道改图的“痛苦”不~~~~~~PCB版本3和2主要是桥堆封装由GBU改为了KBJ,散热片独立了一大块整体,之前是分开散热的。

3版本对比layout

3版本实物对比PCBlayout的首要条件是走通,对比版本发现mos管的驱动信号,检流电阻的检流信号到IC的走线越来越长了O(∩_∩)O~,长的已经看不到边,VCC反馈环也是(虽然单点接地有5星之称)但是在这里需要IC地到VCC地然后再回到BUCK地。进而出现了后续的一系列调试及其它问题。

对于温度的整改(在空间允许、成本可控的情况下)做了一系列的处理,共模由小环的改为大环(还有同一环高导的)的线径加粗减小内阻降低损耗;电解电容(从中元 丰宾 智宝 绿宝石慢慢选取)选择ESR更小的,纹波电流也会小很多温度也会低不少;RCD钳位在尖峰允许的情况下尽量减轻(同时也要考虑辐射)(为了这个D的选取做了不少温度测试,也选择了不少管子,从1N5408 FR308 HER308 R6封装的6A10 10A10 FR607 从长电 平伟 强茂~~)(重点在于衡量温升 TRR 并且兼容辐射)更加离谱到还选择了用TO-220封装的去测试温度;桥堆也是如此从芯片130-140 从桥堆内部连接方式 从平伟 强茂~~;散热片做了铜铝结合,对于铜与铝导热系数:铜的导热系数是比铝高的,对于散热系数:铝却比铜高,但还是要结合成本;导热硅脂也有导热系数选取;

过期散热膏

桥堆芯片连接散热片

温升解决方案

小桥堆

小桥堆独立散热片

改后散热片做了这么多的选型规格书选型表会发现满桌都是~乱~

版本2改了layout之后 还改了其它器件选型之后问题来了,波形畸变;从39楼可以看出驱动,FB等走线都越来越长了,开始调整参数,从FB脚电容,CS对地电容,431反馈环结合,mosf的选择(有时间补上)过流点的平衡等一步一步调试~~(初级)低压VDS波形NG

高压VDS波形NG2

低压VDS波形OK

高压VDS波形OK调试好之后的波形(初级)

必须的李大师,必须顶上!!! 感谢飞哥,飞哥带我飞! 实实在在的干货啊!!赞!! 感谢支持!希望多提宝贵意见,互相学习共同进步!

如下图是次级的VDS波形,尖峰毛刺非常高,存在因过冲击穿mosf的隐患,按照匝比计算,Vor=(vo+vd)*n 也就100V这样,而且出现这样不均匀的尖峰毛刺,是有问题的。为此也做了不少调试及请教原厂。其中原厂给出的答案是Layout问题,说次级SR走线引起的干扰,为此出现了版本3~兹因当时案子及也为了证明是layout问题,特意手动改了2个手工板,手工割开线路,然后按照原厂给出的layout参考贴上去,然而结果并不理想,怀疑是接得不好,最后加急打了版本3的出现~次级mosVDS波形及尖峰

次级手动

继续lz

哈哈,谢谢关注!

然而版本3按照原厂提供的layout参考修改结果是:然并卵~

套路都是老了的整Y,整共模,整变压器屏蔽,结合效率,结合可靠性及温升(其实这次的整改温升实验没有做完就出去第三方了~结果更加悲哀~)整改了5个方案,因为考虑到传导越好辐射估计就难整了 所以做了几种方案去处理~

1

2

5

6

这次出去已经做好了必过的决心,去的时候带了很多整改能用上的物料:X电容、Y电容、共模电感、不同厂家不同牌子的高、低压mos、瓷片电容、铜线+不同磁导率的磁环、RCD吸收不同参数的慢、快二极管和不同阻值的电阻、驱动的贴片电阻、输出吸收的贴片电容、带了5台不同方案不同变压器参数的样机,另外还特意再打了3个不一样参数的变压器作备用(结果没有用上真的呵呵了)

变压器

MOSFd极传电阻加磁珠

调试机子

整改步骤

辐射

传导传导和辐射的整改需要耐心一步一步调试,经验加理论非常重要!

案子进行到这里,对于RCD吸收做了很多温度测试对比,主要还是针对温度EMI的适中优化,最后总结的推荐论坛MKO145大神关于RCD的神贴,非常值得学习,内容与实践非常强悍~

温度1

温度6

温度2

温度3

温度4

温度5温度测试记录Mko145

PCBlayout版本的改变也会或多或少的出现一些常规问题:如图,画圈的地方,静电问题。安规静电要求:空8接4,空气放电只要是针对外壳的细缝的连接强弱性,接触放电只要是针对整体,外壳、输出、输入线的测试。

此产品是外壳锁螺丝的,看丝印已经发现,SR的驱动线已经在阴影区了,安规要求没有问题,空气接触12KV的时候次级SR的IC挂了,前级AC端也有这个阴影区问题,静电的时候保险管也挂了;板上加的几处放电针都是为了打静电的时候给静电一个泄放回路

静电

可靠性——雷击测试、绝缘阻抗测试、高压测试、球击测试、跌落测试、线材拉力测试,这些都是调试过程中碰到的问题点,差模雷击整改(针对此才产品)安规保险丝、压敏电阻、热敏电阻、L与N之间的距离、锯齿波放电针的距离(建议在0.8-1.2mm),公司仪器打不了共模, 所以这里没有共模的整改共模整,共模整改可以从变压器、Y电容、光耦、初次级间距及其它一些器件参数选型、PCBlayout等;绝缘阻抗和高压整改初次级的安全间距,变压器的工艺绝缘,PCBlayout及线距,球击与跌落测试整改PCB焊盘加固,比较重或易碎的元器件点胶(不干胶和乳白色电子硅胶)散热片加固定脚等、线材拉力测试只要针对线材的材料选型了

绝缘阻抗高压球击2

线材拉力球击

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