四类充电器：每个元器件的经验选型方法！（下）

接上文——四类充电器：每个元器件的经验选型方法！（上）

决定 Duty cycle:

假设 Np=44T，Ns=2T，VD=0.5(使用schottky Diode)

决定 MOSFET 及二次侧二极管的Stress(应力):

因为输出为3.3V，而TL431 的Vref 值为2.5V，若再加上photo coupler上的压降约1.2V，将使得输出电压无法推动Photo coupler 及TL431，所以必须另外增加一组线圈提供回授路径所需的电压。

假设NA2 = 4T 使用0.35ψ线，则

◆ 变压器的接线图:

3 零件选用:

零件位置(标注)请参考线路图: (DA-14B33 Schematic)

3.1FS1:由变压器计算得到Iin 值，以此Iin 值(0.42A)可知使用公司共享料2A/250V，设计时亦须考虑Pin(max)时的Iin 是否会超过保险丝的额定值。

3.2TR1(热敏电阻):电源启动的瞬间，由于C1(一次侧滤波电容)短路，导致Iin 电流很大，虽然时间很短暂，但亦可能对Power 产生伤害，所以必须在滤波电容之前加装一个热敏电阻，以限制开机瞬间Iin 在Spec 之内(115V/30A，230V/60A)，但因热敏电阻亦会消耗功率，所以不可放太大的阻值(否则会影响效率)，一般使用SCK053(3A/5Ω)，若C1 电容使用较大的值，则必须考虑将热敏电阻的阻值变大(一般使用在大瓦数的Power 上)。

3.3VDR1(突波吸收器):当雷极发生时，可能会损坏零件，进而影响Power正常动作，所以必须在靠AC 输入端 (Fuse 之后)，加上突波吸收器来保护Power(一般常用07D471K)，但若有价格上考虑，可先忽略不装。

3.4CY1，CY2(Y-Cap):Y-Cap 一般可分为Y1 及Y2 电容，若AC Input 有FG(3 Pin)一般使用Y2- Cap ， AC Input 若为2Pin(只有L，N)一般使用Y1-Cap，Y1 与Y2 的差异，除了价格外(Y1 较昂贵)，绝缘等级及耐压亦不同(Y1 称为双重绝缘，绝缘耐压约为Y2 的两倍，且在电容的本体上会有“回”符号或注明Y1)，此电路因为有FG 所以使用Y2-Cap，Y-Cap 会影响EMI 特性，一般而言越大越好，但须考虑漏电及价格问题，漏电(Leakage Current )必须符合安规须求(3Pin 公司标准为750uA max)。

3.5CX1(X-Cap)、RX1:X-Cap 为防制EMI 零件，EMI 可分为Conduction 及Radiation 两部分，Conduction 规范一般可分为: FCC Part 15JClass B 、 CISPR 22(EN55022) Class B 两种 ， FCC 测试频率在450K~30MHz，CISPR 22 测试频率在150K~30MHz， Conduction 可在厂内以频谱分析仪验证，Radiation 则必须到实验室验证，X-Cap 一般对低频段(150K ~ 数M 之间)的EMI 防制有效，一般而言X-Cap 愈大，EMI 防制效果愈好(但价格愈高)，若X-Cap 在0.22uf 以上(包含0.22uf)，安规规定必须要有泄放电阻(RX1，一般为1.2MΩ 1/4W)。

3.6LF1(Common Choke):EMI 防制零件，主要影响Conduction 的中、低频段，设计时必须同时考虑EMI 特性及温升，以同样尺寸的Common Choke 而言，线圈数愈多(相对的线径愈细)，EMI 防制效果愈好，但温升可能较高。

3.7BD1(整流二极管):将AC 电源以全波整流的方式转换为DC，由变压器所计算出的Iin 值，可知只要使用1A/600V 的整流二极管，因为是全波整流所以耐压只要600V 即可。

3.8C1(滤波电容):由C1 的大小(电容值)可决定变压器计算中的Vin(min)值，电容量愈大，Vin(min)愈高但价格亦愈高，此部分可在电路中实际验证Vin(min)是否正确，若AC Input 范围在90V~132V (Vc1 电压最高约190V)，可使用耐压200V 的电容;若AC Input 范围在90V~264V(或180V~264V)，因Vc1 电压最高约380V，所以必须使用耐压400V 的电容。

3.9D2(辅助电源二极管):整流二极管，一般常用FR105(1A/600V)或BYT42M(1A/1000V)，两者主要差异:

1. 耐压不同(在此处使用差异无所谓)

2. VF 不同(FR105=1.2V，BYT42M=1.4V)

3.10R10(辅助电源电阻):主要用于调整PWM IC 的VCC 电压，以目前使用的3843 而言，设计时VCC 必须大于8.4V(Min. Load 时)，但为考虑输出短路的情况，VCC 电压不可设计的太高，以免当输出短路时不保护(或输入瓦数过大)。

3.11C7(滤波电容):辅助电源的滤波电容，提供PWM IC 较稳定的直流电压，一般使用100uf/25V 电容。

3.12Z1(Zener 二极管):当回授失效时的保护电路，回授失效时输出电压冲高，辅助电源电压相对提高，此时若没有保护电路，可能会造成零件损坏，若在3843 VCC 与3843 Pin3 脚之间加一个Zener Diode，当回授失效时Zener Diode 会崩溃，使得Pin3 脚提前到达1V，以此可限制输出电压，达到保护零件的目的.Z1 值的大小取决于辅助电源的高低，Z1 的决定亦须考虑是否超过Q1 的VGS 耐压值，原则上使用公司的现有料(一般使用1/2W 即可).

3.13R2(启动电阻):提供3843 第一次启动的路径，第一次启动时透过R2 对C7 充电，以提供3843 VCC 所需的电压，R2 阻值较大时，turn on 的时间较长，但短路时Pin 瓦数较小，R2 阻值较小时，turn on 的时间较短，短路时Pin 瓦数较大，一般使用220KΩ/2W M.O。.

3.14R4 (Line Compensation): 高、低压补偿用， 使3843 Pin3 脚在90V/47Hz 及264V/63Hz 接近一致(一般使用750KΩ~1.5MΩ 1/4W 之间)。

3.15R3，C6，D1 (Snubber):此三个零件组成Snubber，调整Snubber 的目的:1.当Q1 off 瞬间会有Spike 产生，调整Snubber 可以确保Spike 不会超过Q1 的耐压值，2.调整Snubber 可改善EMI.一般而言，D1 使用1N4007(1A/1000V)EMI 特性会较好.R3 使用2W M.O.电阻，C6 的耐压值以两端实际压差为准(一般使用耐压500V 的陶质电容)。

3.16Q1(N-MOS):目前常使用的为3A/600V 及6A/600V 两种，6A/600V 的RDS(ON)较3A/600V 小，所以温升会较低，若IDS 电流未超过3A，应该先以3A/600V 为考虑，并以温升记录来验证，因为6A/600V 的价格高于3A/600V 许多，Q1 的使用亦需考虑VDS 是否超过额定值。

3.18R8:R8 的作用在保护Q1，避免Q1 呈现浮接状态。

3.18R7(Rs 电阻):3843 Pin3 脚电压最高为1V，R7 的大小须与R4 配合，以达到高低压平衡的目的，一般使用2W M.O.电阻，设计时先决定R7 后再加上R4 补偿，一般将3843 Pin3 脚电压设计在0.85V~0.95V 之间(视瓦数而定，若瓦数较小则不能太接近1V，以免因零件误差而顶到1V)。

3.19R5，C3(RC filter):滤除3843 Pin3 脚的噪声，R5 一般使用1KΩ1/8W，C3 一般使用102P/50V 的陶质电容，C3 若使用电容值较小者，重载可能不开机(因为3843 Pin3 瞬间顶到1V);若使用电容值较大者，也许会有轻载不开机及短路Pin 过大的问题。

3.20R9(Q1 Gate 电阻 ):R9 电阻的大小，会影响到EMI 及温升特性，一般而言阻值大，Q1 turn on / turn off 的速度较慢，EMI 特性较好，但Q1的温升较高、效率较低(主要是因为turn off 速度较慢);若阻值较小，Q1 turn on / turn off的速度较快，Q1 温升较低、效率较高，但EMI较差，一般使用51Ω-150Ω 1/8W。

3.21R6，C4(控制振荡频率):决定3843 的工作频率，可由Data Sheet 得到R、C 组成的工作频率，C4 一般为10nf 的电容(误差为5%)，R6 使用精密电阻，以DA-14B33 为例，C4 使用103P/50V PE 电容，R6 为3.74KΩ1/8W 精密电阻，振荡频率约为45 KHz。

3.22C5:功能类似RC filter，主要功用在于使高压轻载较不易振荡，一般使用101P/50V 陶质电容。

3.23U1(PWM IC):3843 是PWM IC 的一种，由Photo Coupler (U2)回授信号控制Duty Cycle 的大小，Pin3 脚具有限流的作用(最高电压1V)，目前所用的3843 中，有KA3843(SAMSUNG)及UC3843BN(S.T.)两种，两者脚位相同，但产生的振荡频率略有差异，UC3843BN 较KA3843 快了约2KHz，fT 的增加会衍生出一些问题(例如:EMI 问题、短路问题)，因KA3843 较难买，所以新机种设计时，尽量使用UC3843BN。

3.24R1、R11、R12、C2(一次侧回路增益控制):3843 内部有一个ErrorAMP(误差放大器)，R1、R11、R12、C2 及Error AMP 组成一个负回授电路，用来调整回路增益的稳定度，回路增益，调整不恰当可能会造成振荡或输出电压不正确，一般C2 使用立式积层电容(温度持性较好)。

3.25U2(Photo coupler)光耦合器(Photo coupler)主要将二次侧的信号转换到一次侧(以电流的方式)，当二次侧的TL431 导通后，U2 即会将二次侧的电流依比例转换到一次侧，此时3843 由Pin6 (output)输出off 的信号(Low)来关闭Q1，使用Photo coupler 的原因，是为了符合安规需求(primacy to secondary 的距离至少需5.6mm)。

3.26R13(二次侧回路增益控制):

控制流过Photo coupler 的电流， R13 阻值较小时， 流过Photocoupler 的电流较大，U2 转换电流较大，回路增益较快(需要确认是否会造成振荡)，R13 阻值较大时，流过Photo coupler 的电流较小，U2转换电流较小，回路增益较慢，虽然较不易造成振荡，但需注意输出电压是否正常。

3.27U3(TL431)、R15、R16、R18

3.28R14，C9(二次侧回路增益控制):控制二次侧的回路增益，一般而言将电容放大会使增益变慢；电容放小会使增益变快，电阻的特性则刚好与电容相反，电阻放大增益变快；电阻放小增益变慢，至于何谓增益调整的最佳值，则可以Dynamic load 来量测，即可取得一个最佳值。

3.29D4(整流二极管):

因为输出电压为3.3V，而输出电压调整器(Output Voltage Regulator)使用TL431(Vref=2.5V)而非TL432(Vref=1.25V)，所以必须多增加一组绕组提供Photo coupler 及TL431 所需的电源，因为U2 及U3 所需的电流不大(约10mA左右)，二极管耐压值100V 即可，所以只需使用1N4148(0.15A/100V)。

3.30C8 滤波电容:因为U2 及U3 所需电流不大，所以只要使用1u/50V 即可。

3.31D5(整流二极管):输出整流二极管，D5 的使用需考虑:

a. 电流值

b. 二极管的耐压值

以DA-14B33 为例，输出电流4A，使用10A 的二极管(Schottky)应该可以，但经点温升验证后发现D5 温度偏高，所以必须换为15A 的二极管，因为10A 的VF较15A 的VF 值大。耐压部分40V 经验证后符合，因此最后使用15A/40V Schottky。

3.32C10，R17(二次侧snubber) :D5 在截止的瞬间会有spike 产生，若spike 超过二极管(D5)的耐压值，二极管会有被击穿的危险，调整snubber 可适当的减少spike 的电压值，除保护二极管外亦可改善EMI，R17 一般使用1/2W 的电阻，C10 一般使用耐压500V 的陶质电容，snubber 调整的过程(264V/63Hz)需注意R17,C10 是否会过热，应避免此种情况发生。

3.33C11，C13(滤波电容):二次侧第一级滤波电容，应使用内阻较小的电容(LXZ，YXA…)，电容选择是否洽当可依以下三点来判定:

a. 输出 Ripple 电压是符合规格

b. 电容温度是否超过额定值

c. 电容值两端电压是否超过额定值

3.34R19(假负载):适当的使用假负载可使线路更稳定，但假负载的阻值不可太小，否则会影响效率，使用时亦须注意是否超过电阻的额定值(一般设计只使用额定瓦数的一半)。

3.35L3，C12(LC 滤波电路):LC 滤波电路为第二级滤波，在不影响线路稳定情况下，一般会将L3 放大(电感量较大)，如此C12 可使用较小电容值。

4 信赖性设计

4.1EMC 规格设计:一般电源按信息类(EN60950)安规要求,依EN5502 的EMC标准要求来设计,传导和辐射均需满足至少年3dB 的裕量,(传导可以先用公司的仪器测试OK 后方可外测).

4.2ESD 静电规格设计:国标要求接触放电±4KV,空气放电±8KV,特殊情况按客户要求设计如:接触放电±8KV,空气放电±15KV,设计在选用物料时要尽可能选择耐静电高的零件,在PCB LAYOUT 时注意留有尖端放电回路,如Y 电容,变压器,光耦等跨接在初次级间的零件间要加尖端放电回路,其共模电感等储能元件间也应采用尖端放电回路.

4.3绝缘耐压规格设计:国标要求 CLASSII 类初次级间耐压为3KVac/5mA1min, CLASSI 类初次级间耐压为1.8KVac/5mA 1min,一般按国标设计即可,特殊情况依客户要求设计.

4.4绝缘电阻规格设计:国标要求初次级间绝缘电阻应不小于 7MΏ(500Vdc1min),考虑到天气及环境的影响,一般绝缘电阻规格设计为50MΏ min 即可.

4.5操作温度规格设计:电源最常见的操作温度为 0°C TO 40°C,此温度为设计者自定,特殊情况依客户要求而定.

4.6储存温度规格设计:电源最常见的操作温度为-20°C TO 70°C,此温度为设计者自定,特殊情况依客户要求而定

5 可 COST DOWN 项目

5.1若 客 户 没 有 认 证 要 求 , 则 可 以 省 掉 EMC 电路元件,

如:CY1,CY2,CX1,RX1,LF1,C10,R7.

5.2若输入电压为单电压,则可将输入电容的规格改小.

5.3若输出电压纹波要求不严格时可将输出电容规格相应改小.

5.4若对雷击测试要求不严格,可去掉VDR1 压敏电阻.

5.5若对输入浪涌测试要求不严格,可去掉 TR1 热敏电阻.

5.6若不要求 LED 灯指示,则可以省掉LED1 及R19