工程師實戰(zhàn)經(jīng)驗:PSR原邊反饋開關(guān)電源設(shè)計的“獨特”方法
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下面結(jié)合實際來講講我對PSR原邊反饋開關(guān)電源設(shè)計的“獨特”方法——以實際為基礎(chǔ)。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201612/326478.htm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5V/1A5W的電源變壓器。
1.EFD15變壓器設(shè)計
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的三重絕緣線實際直徑為0.6mm。
為了減小漏感把次級線圈設(shè)計為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)的實際銅線直徑為0.089mm，太?。ㄐ∮?.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，
得：NV線徑=9.2/(38+1)=0.235mm,對應(yīng)的銅線直徑為0.215mm，實際可用銅線直徑取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。
繞完屏蔽后，保TAPE1層；
再繞初級，按以上計算的分4層繞制，完成后包TAPE1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TAPE1層；
再繞次級，包TAPE1層；
再繞反饋，包TAPE2層?！ 】赡苡腥藭f：怎么沒有計算電感量？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，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,實際外徑為0.12mm；
NP銅線直徑為0.12mm,實際外徑為0.14mm；
NS銅線直徑為0.4mm,實際外徑為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
依然沿用以上設(shè)計方法，測量或查BOBBIN資料可得EPC13BOBBIN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.
EPC13的繞線方式同EFD15，在這里就不再重復(fù)了。
以上變壓器設(shè)計出的各項差數(shù)是以控制漏感為出發(fā)點的，各項參數(shù)（肖特基的VF,MOS管的電壓應(yīng)力余量……）都是零界或限值，實際設(shè)計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)坠埽蚬?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，但也有因為惡性競爭而COSTDOWN的部分。主要講講COSTDOWN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)計來控制。
但MOS晶圓的COSTDOWN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為實例，講講優(yōu)化設(shè)計后的變壓器設(shè)計。
方法同上，先計算出次級，因考慮到輸出飛線套鐵氟龍?zhí)坠芑蜉敵鼍€與BOBBINPIN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.
代入上式驗證（5+0.55）*（135/10）=74.925<75,成立。
確定NP=135Ts.
下面再計算反饋匝數(shù)，
依然取反饋電壓為15V，
得，15/（5+0.55）*10=27Ts.
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，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。
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