下面結(jié)合實(shí)際來(lái)講講我對(duì)PSR原邊反饋開(kāi)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(duì)5W的開(kāi)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(lèi)變壓器按常規(guī)計(jì)算方式可能會(huì)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(duì)小變壓器磁芯，特別是小公司基本都無(wú)從得知CORE的B/H曲線(xiàn)，因PSR線(xiàn)路對(duì)變壓器漏感有所要求。

　　所以從對(duì)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(xiàn)的電流密度選8A/mm2,次級(jí)銅線(xiàn)直徑為:SQRT(1/8/3.14)*2=0.4mm。

　　通過(guò)測(cè)量或查詢(xún)BOBBIN資料可以得知，EFD15的BOBBIN的幅寬為9.2mm。

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

　　為了減小漏感把次級(jí)線(xiàn)圈設(shè)計(jì)為1整層，次級(jí)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?xún)?nèi)，得：(Vout+VF)*n<100,即：n<100/(5+1),n<16.6,取n=16.5,得初級(jí)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(jí)248Ts在BOBBIN上采用分3層來(lái)繞，因多層繞線(xiàn)考慮到出線(xiàn)間隙和次層以上不均勻，需至少留1Ts余量(間隙)。

　　得：初級(jí)銅線(xiàn)可用外徑為：9.2/(248/3+1)=0.109mm，對(duì)應(yīng)的實(shí)際銅線(xiàn)直徑為0.089mm，太小(小于0.1mm不易繞制)，不可取。

　　假設(shè):初級(jí)248Ts在BOBBIN上采用分4層來(lái)繞，初級(jí)銅線(xiàn)可用外徑為：9.2/(248/4+1)=0.146mm，對(duì)應(yīng)的銅線(xiàn)直徑為0.126mm，實(shí)際可用銅線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)徑=9.2/(38+1)=0.235mm, 對(duì)應(yīng)的銅線(xiàn)直徑為0.215mm，實(shí)際可用銅線(xiàn)直徑取0.2mm。也可采用0.1mm雙線(xiàn)并饒。

　　到此，各線(xiàn)圈匝數(shù)就確定下來(lái)了。

　　下面來(lái)確定繞線(xiàn)順序。

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

　　繞完屏蔽后，保TAPE1層;再繞初級(jí)，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(jí)間的分布電容對(duì)EMC的影響，再用0.1mm的線(xiàn)繞一層屏蔽，包TAPE 1層;再繞次級(jí)，包TAPE 1層;再繞反饋，包TAPE 2層。

　　可能有人會(huì)說(shuō)：怎么沒(méi)有計(jì)算電感量?

　　因前面說(shuō)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(xiàn)圈裝機(jī)，并用示波器檢測(cè)Rsenes上的波形，見(jiàn)下圖中R5.

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　　輸入AC90V/50Hz，慢慢加載，觀(guān)察CORE有沒(méi)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(mǎn)屏觀(guān)察最佳)OK,拆下變壓器測(cè)量電感量，此時(shí)所測(cè)得的電感量作為最大值依據(jù)，再根據(jù)廠(chǎng)商制造能力適當(dāng)留+3%~+5%的誤差范圍和余量，如：測(cè)量為2mH,則取2-2*0.05=1.9mH,誤差為+/-0.1mH.

　　現(xiàn)在再來(lái)驗(yàn)證以上參數(shù)變壓器BOBBIN的繞線(xiàn)空間。

　　已知：E1和E2銅線(xiàn)直徑為0.1mm,實(shí)際外徑為0.12mm;NP銅線(xiàn)直徑為0.12mm,實(shí)際外徑為0.14mm;NS銅線(xiàn)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(xiàn)直徑為0.2mm,實(shí)際外徑為0.22mm

　　線(xiàn)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(xiàn)直徑為0.1mm雙線(xiàn)并饒,實(shí)際外徑為0.12mm

　　線(xiàn)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(cè)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(cè)量或查BOBBIN資料可得EPC13 BOBBIN幅寬為6.8mm，

　　次級(jí)匝數(shù)為：6.8/0.6=11.3Ts,取11Ts.

　　初級(jí)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(xiàn)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(huì)因次級(jí)繞線(xiàn)同名端對(duì)應(yīng)輸出PIN位出現(xiàn)交叉，或輸出飛線(xiàn)套鐵氟龍?zhí)坠埽蚬?yīng)商的制程能力，都會(huì)使次級(jí)線(xiàn)圈減少1~2圈，對(duì)應(yīng)的初級(jí)和反饋也需根據(jù)匝比減少圈數(shù);另，目前市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致制造商把IC內(nèi)置MOS管的VDS耐壓減小一點(diǎn)來(lái)節(jié)省成本，為保留更大的電壓應(yīng)力余量，需再減少初級(jí)匝數(shù);以上的修改都會(huì)對(duì)EMC輻射造成負(fù)面影響，對(duì)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(chǎng)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(chǎng)上也出現(xiàn)了很多不同品牌的PSR方案，但相對(duì)以前剛推出的PSR控制IC 來(lái)說(shuō)，有因市場(chǎng)反映不良而不斷改進(jìn)的部分，但也有因?yàn)閻盒愿?jìng)爭(zhēng)而COST 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(zhuān)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(xiàn)作跳線(xiàn)連接，這樣就有2個(gè)問(wèn)題產(chǎn)品了：

　　1. 金線(xiàn)帶來(lái)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(gòu)買(mǎi)，這樣一來(lái)，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(lái)控制。

　　但MOS晶圓的COST DOWN的路徑來(lái)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(lái)，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(jí)，

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

　　再計(jì)算初級(jí)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(xiàn)路設(shè)計(jì)變壓器很關(guān)鍵，所以先講變壓器。

　　后續(xù)會(huì)繼續(xù)講出設(shè)計(jì)PSR的具體每個(gè)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(cè)試是是以輸入AC90/50Hz(沒(méi)打錯(cuò)，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(huì)飽和的，你可以試試，實(shí)際燒機(jī)后的OCP會(huì)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(méi)那么大。

　　匝數(shù)多可以提高一點(diǎn)電感量，可以讓負(fù)載時(shí)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(xiàn)。

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　　找不到放大后的圖，就看看這個(gè)沒(méi)放大的吧。

　　把這個(gè)波形在示波器上拉寬，看那條上升的斜線(xiàn)，那是電流上升的波形，要保持是一條緩慢上升的斜線(xiàn)，如果在頂端出現(xiàn)突然上升，說(shuō)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(zhǎng)期燒機(jī)的，但因?yàn)殡娏魍蝗簧仙龝?huì)測(cè)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(huì)增大，同樣會(huì)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(shuō)你計(jì)算電感量的B/H值從何來(lái)，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(mǎn)載切換時(shí)，輸出電壓的過(guò)沖和下沖與變壓器有一定關(guān)系，但此問(wèn)題主要是PSR IC延時(shí)檢測(cè)造成的，解決方法我會(huì)在后續(xù)講解，不是變壓器的問(wèn)題。我們的客人在別家公司做的產(chǎn)品出了這個(gè)問(wèn)題，而我們的沒(méi)有，因此我們接到了一個(gè)轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的200K訂單呢。

　　EMC圖紙我得整理下，因?yàn)橹?a target="_blank">認(rèn)證整改的產(chǎn)品測(cè)試PASS一般就沒(méi)管它。

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

　　變壓器進(jìn)料價(jià)格在1.18~1.55RMB之間.

　　如果說(shuō)5%做不到，那肯定是電路沒(méi)調(diào)好，PSR一般都線(xiàn)損補(bǔ)償功能，如果啟用，輸出線(xiàn)長(zhǎng)達(dá)3米電壓調(diào)整率都可以做到5%以?xún)?nèi)，我做過(guò)最長(zhǎng)為3.5米的。