下面結(jié)合實(shí)際來講講我對PSR原邊反饋開關(guān)電源設(shè)計(jì)的“獨(dú)特”方法——以實(shí)際為基礎(chǔ)。

　　要求條件：

　　全電壓輸入，輸出5V/1A，符合能源之星2之標(biāo)準(zhǔn)，符合IEC60950和EN55022安規(guī)及EMC標(biāo)準(zhǔn)。

　　因充電器為了方便攜帶，一般都要求小體積，所以針對5W的開關(guān)電源充電器一般都采用體積較小的EFD-15和EPC13的變壓器，此類變壓器按常規(guī)計(jì)算方式可能會認(rèn)為CORE太小，做不到，如果現(xiàn)在還有人這樣認(rèn)為，那你就OUT了。

　　磁芯以確定，下面就分別講講采用EFD15和EPC13的變壓器設(shè)計(jì)5V/1A 5W的電源變壓器。

　　1. EFD15變壓器設(shè)計(jì)

　　目前針對小變壓器磁芯，特別是小公司基本都無從得知CORE的B/H曲線，因PSR線路對變壓器漏感有所要求。

　　所以從對變壓器作最小漏感設(shè)計(jì)入手：已知輸出電流為1A，5W功率較小，所以銅線的電流密度選8A/mm2,次級銅線直徑為:SQRT(1/8/3.14)*2=0.4mm。

　　通過測量或查詢BOBBIN資料可以得知，EFD15的BOBBIN的幅寬為9.2mm。

　　因次級采用三重絕緣線，0.4mm的三重絕緣線實(shí)際直徑為0.6mm.

　　為了減小漏感把次級線圈設(shè)計(jì)為1整層，次級雜數(shù)為：9.2/0.6mm=15.3Ts,取15Ts.

　　因IC內(nèi)部一般內(nèi)置VDS耐壓600~650V的MOS，考慮到漏感尖峰，需留50~100V的應(yīng)力電壓余量，所以反射電壓需控制在100V以內(nèi)，得：(Vout+VF)*n<100,即：n<100/(5+1),n<16.6,取n=16.5,得初級匝數(shù)NP=15*16.5=247.5取NP=248，代入上式驗(yàn)證，(Vout+VF)*(NP/NS)<100,即(5+1)*(248/15)=99.2<100,成立。

　　確定NP=248Ts.假設(shè):初級248Ts在BOBBIN上采用分3層來繞，因多層繞線考慮到出線間隙和次層以上不均勻，需至少留1Ts余量(間隙)。

　　得：初級銅線可用外徑為：9.2/(248/3+1)=0.109mm，對應(yīng)的實(shí)際銅線直徑為0.089mm，太小(小于0.1mm不易繞制)，不可取。

　　假設(shè):初級248Ts在BOBBIN上采用分4層來繞，初級銅線可用外徑為：9.2/(248/4+1)=0.146mm，對應(yīng)的銅線直徑為0.126mm，實(shí)際可用銅線直徑取0.12mm。

　　IC的VCC電壓下限一般為10~12V，考慮到至少留3V余量，取VCC電壓為15V左右，得：NV=Vnv/(Vout+VF)*NS=15/(5+1)*15=37.5Ts,取38Ts.因PSR采用NV線圈穩(wěn)壓，所以NV的漏感也需控制，仍然按整層設(shè)計(jì)，得：NV線徑=9.2/(38+1)=0.235mm, 對應(yīng)的銅線直徑為0.215mm，實(shí)際可用銅線直徑取0.2mm。也可采用0.1mm雙線并饒。

　　到此，各線圈匝數(shù)就確定下來了。

　　下面來確定繞線順序。

　　因要工作在DCM模式，且采用無Y設(shè)計(jì)，DI/DT比較大，變壓器磁芯研磨氣隙會產(chǎn)生穿透力強(qiáng)雜散磁通導(dǎo)致線圈測試渦流，影響EMC噪音，所以需先在BOBBIN上采用0.1mm直徑的銅線繞滿一層作為屏蔽，且引出端接NV的地線。

　　繞完屏蔽后，保TAPE1層;再繞初級，按以上計(jì)算的分4層繞制，完成后包TAPE 1層;為減小初次級間的分布電容對EMC的影響，再用0.1mm的線繞一層屏蔽，包TAPE 1層;再繞次級，包TAPE 1層;再繞反饋，包TAPE 2層。

　　可能有人會說：怎么沒有計(jì)算電感量?

　　因前面說了，CORE的B/H不確定，所以得先從確定飽和AL值下手。把變壓器CORE中柱研磨一點(diǎn)，然后裝上以上方式繞好的線圈裝機(jī)，并用示波器檢測Rsenes上的波形，見下圖中R5.

　　輸入AC90V/50Hz，慢慢加載，觀察CORE有沒有飽和，如果有飽和跡象，拆下再研磨……直到負(fù)載到1.1~1.2A剛好出現(xiàn)一點(diǎn)飽和跡象，(此波形需把波形放大到滿屏觀察最佳)OK,拆下變壓器測量電感量，此時所測得的電感量作為最大值依據(jù)，再根據(jù)廠商制造能力適當(dāng)留+3%~+5%的誤差范圍和余量，如：測量為2mH,則取2-2*0.05=1.9mH,誤差為+/-0.1mH.現(xiàn)在再來驗(yàn)證以上參數(shù)變壓器BOBBIN的繞線空間。

　　已知：E1和E2銅線直徑為0.1mm,實(shí)際外徑為0.12mm;NP銅線直徑為0.12mm,實(shí)際外徑為0.14mm;NS銅線直徑為0.4mm,實(shí)際外徑為0.6mm;TAPE采用0.025mm厚的麥拉膠紙。

　　A.

　　NV若采用銅線直徑為0.2mm,實(shí)際外徑為0.22mm

　　線包單邊厚度為：E1+TAPE+NP+TAPE+E2+TAPE+NS+TAPE+NV+TAPE

　　=0.12+0.025+0.14*4+0.025+0.12+0.025+0.6+0.025+0.22+0.025*2=1.77mm.

　　B.

　　NV若采用銅線直徑為0.1mm雙線并饒,實(shí)際外徑為0.12mm

　　線包單邊厚度為：E1+TAPE+NP+TAPE+E2+TAPE+NS+TAPE+NV+TAPE

　　=0.12+0.025+0.14*4+0.025+0.12+0.025+0.6+0.025+0.12+0.025*2=1.67mm.

　　測量或查EFD15的BOBBIN的單邊槽深為2.0mm，

　　所以以上2種方式繞制的變壓器都可行。

　　2. EPC13的變壓器設(shè)計(jì)

　　依然沿用以上設(shè)計(jì)方法，

　　測量或查BOBBIN資料可得EPC13 BOBBIN幅寬為6.8mm，

　　次級匝數(shù)為：6.8/0.6=11.3Ts,取11Ts.

　　初級匝數(shù)為：11*16.5=181.5Ts,取182Ts.

　　反饋匝數(shù)為：15/(5+1)*11=27.5Ts,取28Ts.

　　繼續(xù)，EPC13的繞線方式同EFD15，再這里就不再重復(fù)了。

　　以上變壓器設(shè)計(jì)出的各項(xiàng)差數(shù)是以控制漏感為出發(fā)點(diǎn)的，各項(xiàng)參數(shù)(肖特基的VF,MOS管的電壓應(yīng)力余量……)都是零界或限值，實(shí)際設(shè)計(jì)中會因次級繞線同名端對應(yīng)輸出PIN位出現(xiàn)交叉，或輸出飛線套鐵氟龍?zhí)坠?，或供?yīng)商的制程能力，都會使次級線圈減少1~2圈，對應(yīng)的初級和反饋也需根據(jù)匝比減少圈數(shù);另，目前市場的競爭導(dǎo)致制造商把IC內(nèi)置MOS管的VDS耐壓減小一點(diǎn)來節(jié)省成本，為保留更大的電壓應(yīng)力余量，需再減少初級匝數(shù);以上的修改都會對EMC輻射造成負(fù)面影響，對應(yīng)的取舍還需權(quán)衡，但前提是必須使產(chǎn)品工作在DCM模式。

　　從08年市場上推出PSR原邊反饋方案到現(xiàn)在我一直都有在用此方案設(shè)計(jì)產(chǎn)品，回顧看看，市場上也出現(xiàn)了很多不同品牌的PSR方案，但相對以前剛推出的PSR控制IC 來說，有因市場反映不良而不斷改進(jìn)的部分，但也有因?yàn)閻盒愿偁幎鳦OST DOWN的部分。主要講講COST DOWN的部分。

　　因受一些品牌在IC封裝工藝上的專利限制，所以目前大部分的內(nèi)置MOS的IC(不僅是PSR控制IC，也包括PWM 控制IC)采用的是在基板上置入控制晶圓和MOS晶圓，之間用金線作跳線連接，這樣就有2個問題產(chǎn)品了：

　　1. 金線帶來的EMC輻射。

　　2. 研制控制晶圓的公司可以自己控制控制晶圓的成本，但MOS晶圓一般采用的從MOS晶圓生產(chǎn)上購買，這樣一來，MOS晶圓的成本控制也成為IC成本控制的案上肉。

　　輻射可以采用優(yōu)化設(shè)計(jì)來控制。

　　但MOS晶圓的COST DOWN的路徑來源于降低其VDS的耐壓，目前已有很多不同品牌的IC將VDS為650V的內(nèi)置MOS降到620~630V，甚至560~600V。

　　這樣一來，只控制漏感降低VDS峰值電壓是不夠的，所以還需為VDS保留更大的電壓應(yīng)力余量。

　　下面再以EPC13為實(shí)例，講講優(yōu)化設(shè)計(jì)后的變壓器設(shè)計(jì)。

　　方法同上……

　　先計(jì)算出次級，

　　因考慮到輸出飛線套鐵氟龍?zhí)坠芑蜉敵鼍€與BOBBIN PIN位交叉，所以需預(yù)留1匝空間，得，次級匝數(shù)為：6.8/0.6-1=10.3，取10Ts.

　　再計(jì)算初級匝數(shù)，因考慮到為MOS管留更大的電壓應(yīng)力余量，所以反射電壓取之前的75%

　　得：(Vout+VF)*n<100*75%,輸出5V/1A,采用2A/40V的肖特基即可，2A/40V的肖特基其VF值一般為0.55V。

　　代入上式得：n<13.51,取13.5，得NP=10*13.5=135Ts.

　　代入上式驗(yàn)證(5+0.55)*(135/10)=74.925<75,成立。

　　確定NP=135Ts.

　　下面再計(jì)算反饋匝數(shù)，依然取反饋電壓為15V，得，15/(5+0.55)*10=27Ts.

PSR線路設(shè)計(jì)變壓器很關(guān)鍵，所以先講變壓器。

 

　　后續(xù)會繼續(xù)講出設(shè)計(jì)PSR的具體每個元件的設(shè)計(jì)，包括取樣電阻，吸收回路，保護(hù)設(shè)計(jì)及EMC控制方法。

　　PSR電路一般OCP設(shè)計(jì)的不是很大，一般在120%左右，如果你測試是是以輸入AC90/50Hz(沒打錯，不是60Hz哦)，輸出帯載到1.2A剛好出現(xiàn)一點(diǎn)飽和，實(shí)際燒機(jī)1.0A是不會飽和的，你可以試試，實(shí)際燒機(jī)后的OCP會在110%左右。

　　變壓器10%的誤差太大了點(diǎn)吧，變壓器采用機(jī)械研磨誤差沒那么大。

　　匝數(shù)多可以提高一點(diǎn)電感量，可以讓負(fù)載時的頻率輻射低些，當(dāng)然，你也可以把EFD15的匝數(shù)減少些，但EMC的處理就和EPC13一樣需特別注意布線。

　　

 

　　找不到放大后的圖，就看看這個沒放大的吧。

　　把這個波形在示波器上拉寬，看那條上升的斜線，那是電流上升的波形，要保持是一條緩慢上升的斜線，如果在頂端出現(xiàn)突然上升，說明變壓器有飽和跡象。

　　當(dāng)然，變壓器有一點(diǎn)飽和跡象，在實(shí)際中是可以長期燒機(jī)的，但因?yàn)殡娏魍蝗簧仙龝y試較強(qiáng)的輻射噪音，所以要控制到變壓器不飽和為佳。

　　但，不飽和就得再研磨CORE，降低電感量，但CORE研磨多了，氣隙大了，漏感和渦流也會增大，同樣會影響EMC噪音，所以把CORE研磨到零界飽和點(diǎn)是最佳取舍方式。

　　先不說你計(jì)算電感量的B/H值從何來，你可以權(quán)衡下你計(jì)算出的電感量在EMC取舍上有此方式直接和有效嗎?我認(rèn)為我這種方式更有效也更直接。

　　空載與滿載切換時，輸出電壓的過沖和下沖與變壓器有一定關(guān)系，但此問題主要是PSR IC延時檢測造成的，解決方法我會在后續(xù)講解，不是變壓器的問題。我們的客人在別家公司做的產(chǎn)品出了這個問題，而我們的沒有，因此我們接到了一個轉(zhuǎn)過來的200K訂單呢。

　　EMC圖紙我得整理下，因?yàn)橹罢J(rèn)證整改的產(chǎn)品測試PASS一般就沒管它。

　　變壓器的溫升絕對能通過PSE省令一項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)。

　　變壓器進(jìn)料價格在1.18~1.55RMB之間.

　　如果說5%做不到，那肯定是電路沒調(diào)好，PSR一般都線損補(bǔ)償功能，如果啟用，輸出線長達(dá)3米電壓調(diào)整率都可以做到5%以內(nèi)，我做過最長為3.5米的。