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最近整理书籍,发现一本笔记本。里面记录着当初电源入门的时候,调试过程中所看到的一些异常现象,以及后来的解决办法。可惜现在已经没有这个好习惯了,其实很多工程师认为设计电源是非常重经验的一门技术,要见多识广。我觉得这种经验,不但体现在设计中,更体现在调试的过程。当你一看到波形,就能把问题定位,那就是最高境界。一、首先讲讲几个实际项目中遇到的问题(包含十五个项目)二、再从以下几个方面分享开关电源设计到生产验证的经验1、BUCK2、BOOST3、FLYBACK4、原理图pcb5、电源调试6、各种异常情况7、安规8、EMC9、生产工艺10、总结 项目一:UC3842控制电路学习板 现象:UC3842供电正常,但是Vref居然不是5V,而是高于5V。 解决办法:把管脚重新焊一遍。 分析:UC3842的GND脚焊接不良,导致电压浮起来了。 需要注意几点。 1、元件焊接要仔细,不能发生虚焊,虚焊非常要命,而且不容易看出来。方向不能焊反,尤其是二极管的方向。我曾经焊错过桥式整流二极管的方向,直接导致滤波电解电容加了反压,很危险。 2、如果调试中需要飞线,而且是来回信号线,要把去线和回线绞在一起。因为如果去线和回线,形成包围面积的话,就相当于一个天线,很容易串入干扰。 3、母线供电不仅要有大的滤波电容,而且要有高频滤波电容。输出时候的滤波也是一样。 项目二:某实验室一台电源坏了,拆开一看,UC3875控制的全桥,需要修理。 现象:初步检查,功率管坏了,由于没有同型号的管子,把所有的管子换成同功率等级的管子。上电之后,输入电压较低的时候,一切正常。当输入电压较高的时候,驱动混乱,频率抖动。 解决办法:把功率管的驱动电阻增大,该现象消失,一切正常,电源修好。 分析:新的管子寄生参数和旧管不同,在同样的驱动电路下,开关速度会比较快,导致干扰比较大,在高压的时候,干扰大到影响控制电路的工作。 项目三:UC3845双管正激 现象:两个管子关断之后,DS所承受的电压非常悬殊,并非理论上的各自一半。猜测是 MOS的参数不一致导致,把上下管焊下来,交换位置,结果,还是一样。看来和MOS无关。 解决办法:调节两管驱动,让他们尽量同时关断,情况略有改善,但还是无法平分电压。 分析:这个应该是两个原因引起的,一个是PCB寄生参数的不同导致,两个位置的管子,DS的实际电容有差异。另外一个是,驱动不是很同步关断。 项目四:UC3845控制辅助绕组反馈的反激 现象:主路输出电压在开机的时候有很大过冲。但是,参与反馈的辅助绕组的电压并没有过冲。 解决办法:为了可调节调整率,辅组绕组上串联了一个电阻。将这个电阻的阻值减小,主路输出过冲明显减小。 分析:由于反馈采样的是辅组绕组,而辅组绕组串联了一个电阻,导致启动的时候,辅组绕组的电压和反馈处的电压,有压差,通过变压器耦合,导致输出电压过冲。 项目五:NCP1014, 光藕反馈反激 现象:人家已经做过的成熟板子,重新焊了一块之后,发现输出稳压不对。 解决办法:自作聪明换了其他型号同等基准的431替换原来的bom中431,换回来就好了。 分析:原先用的是zetex的431,其最小工作电流是uA级别的,所以设计时基本没考虑最小工作电流。后来替换了TI的431,最小工作电流是1mA,导致工作不正常。 项目六:ICE1PCS01 控制boost PFC 现象:全电压范围,用调压器调节的时候,输入电流波形都很好,高频纹波都很小。惟有在220V输入电压左右时候,输入电流的高频纹波突然变大。大于220V,和小于220V都很小. 解决办法:用AC souce 就好,任何电压下高频纹波都比较大,哈哈。 分析:用的是自耦调压器,自藕调压是有漏感的,漏感可以把输入高频纹波电流滤掉,但是到220V(网压)的时候,自藕调压器输出端其实就直接和输入端相连了,自然就没有漏感了。 项目七: UC3845双管反激 现象:驱动不稳定,不停的抖动,变压器滋滋叫。调节环路毫无用处,用示波器察看uc3845振荡脚的锯齿波形,发现锯齿波的频率有抖动。UC3845是固定频率的,看来有干扰了。 解决办法:把控制电路的地 和 功率地严格分开,然后的单点连接。驱动信号稳定,频率固定,变压器不叫了。但是可恶的是,传导居然变差了。可能传说中的频率抖动,的确对传导有好处。 分析:layout在电源设计中很重要,特别是地的布局,功率地和信号地分开,并且单点接地。就是避免高频功率电流流过信号地平面,不然会干扰控制电路。 项目八:UCC3895电流型控制移相控制全桥,加倍流整流 现象:变压器出现偏磁 解决办法:把次级功率电路的一根PCB功率走线加粗。该PCB走线连接的是倍流整流电路的某一个电感。偏磁消失~~~~ 分析:倍流整流电路有个特有的问题,就是两个电感上的平均电流会不一致,如果采用电流型控制的话,控制信号会保证变压器初级的正负电流峰值相同,那么如果变压器次级的正负电流不一致的话,就会导致偏磁出现。 而电感平均电流不一致,是因为两个电感的直流阻抗有差异。但实际上,同一批地电感,差别没那么大,反而连接这些电感的PCB走线差异比较大,导致两个电感的实际直流电阻(加上PCB走线的电阻)差异比较大。 项目九:431加光藕反馈反激 现象:输出电压调整率很差,电压随负载的增大明显下降。测量电压采样点和输出脚的电压差并不大。 解决办法:在431的基准脚,和阴极之间并一个小电容。调整率立马变好。 分析:431的基准脚处受到干扰。 项目十:IR1150 boost PFC 现象:开关频率为100K,但是输入居然有1Khz 纹波电流。X电容还吱吱叫。 解决办法:调整EMI滤波器参数。 分析:EMI滤波器自己谐振。 项目十一:反激同步整流 现象:同步整流管的电压尖峰非常高,怎么吸收都不行。 解决办法:把同步管换成,具有快恢复体二极管的管子 分析:由于同步管的体二极管的反向恢复时间太长,导致很大的反向恢复电流。从而引起剧烈电压尖峰。 项目十二:IR1150 PFC 现象:高温测试的时候,MOSFET的壳温才80度,就炸鸡了。先前几台,MOS的壳温到达110度,都安然无事。 解决办法:弄出来查原因,是驱动电阻焊错了,本来10R,结果焊成100R. 分析:驱动电阻太大导致MOS损耗很大,同样的结到壳热阻,大的功耗会导致大的温差。虽然壳温才80度,但实际结温已经超过了MOS的承受范围。 项目十三:L4981 PFC 现象:空载上电,驱动乱的不得了,震荡频率明显变化。输入电压越高越厉害。开始以为,地线没布好,PCB割了又割,都是不能解决。 解决办法:仔细察了一下PCB ,发现有一根功率线立离控制电路比较近,该功率线连接的是MOSFET的D极。把该功率线隔断,让功率电流从远离控制电路的地方绕过去,没用。把靠近控制电路的PCB铜线弄成孤岛,使之成为死铜,干扰消失。 分析:电场干扰,MOS的D极是dv/dt很大的地方,产生很大的共模干扰。所以控制电路要尽量远离这个点。 项目十四:返修电源 现象:电源输出,前期查看没问题,又用万用表测二极管的导通,结果一看,输出的几个整流二极管全断了 解决办法:焊接好后,电源正常 事故分析:在运输过程中和二极管整形安装过程中存在过失。 项目十五:电源不工作 现象:SA7527+358的,客户拿过来给我的,不能工作然后VCC一直处于打隔状态,当时基本上是该查的地方都查了,包括供电啊,替换IC啊,取消次级的所有稳压恒流电路包括光耦的次级端都撬出来了,电源就是没有输出,最后将光耦整个拿掉好了。 最后得知是客户拿高压将电源光耦打坏了。 这些年都用到了很多的电源拓扑结构(BUCK,BOOST,FLYBACK,LLC),设计产品,做认证,到量产,设计中和调试时种种意想不到的情况时有发生,算算还是挺有意思的。 下面从10个方面来分享下经验,顺便自己也可以复习一下之前的知识点,有不对的地方还望大家批评指正。 一、BUCK BUCK电路降压电路输出电压小于输入电压。调试中碰到的问题,PWM占空比不稳定,大小波,负载切载时输出有抖动,起机过冲,满载起机抖动,批量生产有少量IC损坏。EMC的问题,辐射超标。 1、PWM占空比不稳定,大小波。可以通过调节环路参数来处理,如图上的C2,R2,C1,R1。设计可以参考《开关电源设计第三版》第12章图12.12。对于改这2个参数无效果的那就要反推设计中的电感和电容是否合适,直接点就是看电感的电流波形,采用电感的串并联观察PWM波形变化。另外,IC的占空比如果在极限附近,如占空比90%,工作时达到88%同样也会影响PWM的大小波,这个时候要考虑是否更换占空比更大的IC。 2、切载(满载切空载,空载切满载)时输出有抖动,如振荡2个周期以上,需要调节环路响应。 3、起机过冲,更改软启动电容,IC没有软启动电容的情况可以在图纸中RS1上并联电容,或者参考参考书里面软启动方案。 4、满载起机抖动,需调节软启动和反馈电阻电容。也有启动时电感啸叫的,要过电感波形看看是否饱和,需要限制电感电流,更改峰值电流电阻或者改电感。 5、批量生产时,有少量的IC损坏,之前碰到过案例,将IC的BOOT电容端增加一个稳压管解决了。 6、辐射问题也跟整改一般的辐射问题一样,MOSFET驱动电阻增大,MOSFET的DS并联瓷片电容,D极串磁珠,二极管增加RC吸收,串磁珠,输入输出的滤波电感电容。在第三方实验室整改辐射时可以采用套磁扣的方法找出是输入影响还是输出影响,或者找弄个探头测试是哪个元器件出来的干扰,再整改,提高效率。 7、选型需要注意的部分,开关器件都有最大电压和电流的范围,要挂波形看管子的应力是否有余量,如果有-40℃的设计要降额,MOSFET的DS电压会下降,电容的容量下降,ESR增大,高温情况需看电感的参数,外购的电感温度范围一般在85℃,如果电感温度过高,环境温度过高会有匝间短路的风险。 二、boost BOOST电路做的案子不多,碰到的问题比较少,有用模拟IC做的,也有用单片机做的,感觉这个环路比BUCK容易调整(之前的案子,功率小于60W)。 碰到过很小的体积做LED60W电源,温度不好整,最后用了铁硅铝的磁环搞定了。 三、FLYBACK FLYBACK这个是小功率电源应用很广泛的拓扑了,大家分析也是特别多的。 我讲讲一款产品从设计到量产过程中的一个流程好了,以及其中碰到的问题和一些经验。 最新评论 |