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TOP204YAI单片开关电源设计出现问题，请教高手指教！

新手一枚，设计一款TOP204YAI单片开关电源。

参照电路图设计的，输入AC85~265V，输出15V2A。

元件型号参数如图，部分改动：1）分压电阻50K，实际采用51K；2）光耦NEC2501，因CTR均为80~160%，NEC2501反向击穿电压为40V，故实际采用JC817A，反向击穿电压为70V。

PCB板设计图如下：

高频变压器经计算后，确定为EE25磁芯，Np=121T\Ns=10T\Nf=8T，初级绕组Φ0.25mm、次级绕组Φ0.5mm两股并绕、反馈绕组Φ0.5mm。

刚开始，上电后有输出15.25V，用负载仪测试，由空载逐渐调整，电流达到1.5A时工作正常，就想让它先工作一段时间再调整至2.0A试试，结果工作不到3分钟，就出现TOP204YAI发烫（根据许多资料显示其不应该发烫，有些资料显示其自身的散热片就能够散热，而且我还加了散热片，比输出整流二极管散热还大，结果是TOP204YAI发烫而MUR610只是一点微微发热），具体情况是：空载时输出电压在12.3~14.5之间跳动，带负载2A时，电压显示在1.25~1.78V之间跳动、电流显示0~0.25A跳动，且高频变压器发出“吱……吱……”有规律的一高一低的噪音，输出指示灯（LED）也是跟随噪音一闪一闪的。关掉后重新上电，就一直是跳动无法恢复刚开始的状态了。

怀疑过高频变压器，又重做了高频变压器，匝数未变，线径加大了,分别为Φ0.45mm、Φ0.6mm两股并绕、Φ0.5mm，也是一样的情况。

随后怀疑功率器件TOP204YAI，更换；输出整流MUR610，更换；几乎所有元件均更换了也是一样的，始终无法恢复刚开始的状态。上传的PCB板也是重新设计过三次的。

百思不得其解，请教高手，这个问题出在何处？

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anjunly_zhong
LV.2
2
2017-06-18 23:00
补充一点情况：关断电源时，输出电压并非直接归0，而逐渐降低，大概近50秒时还有0.6V左右的电压，且下降越来越缓慢，归0大概需要10分钟左右时间。
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ymyangyong
3
2017-06-19 18:03
S脚布线有问题。TOP电源布线要求：S引脚的引线应该非常短，旁路电容应尽可能靠近S和C引脚，同时，S脚应单点接地，以避免主电路的工作电流对控制信号造成干扰。
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anjunly_zhong
LV.2
4
2017-06-20 15:20
@ymyangyong
S脚布线有问题。TOP电源布线要求：S引脚的引线应该非常短，旁路电容应尽可能靠近S和C引脚，同时，S脚应单点接地，以避免主电路的工作电流对控制信号造成干扰。

谢谢！感觉S脚布线也已经很短了，几乎不能再短的地步了，也参照了好多资料来看，可就是问题始终无法解决。

比如《单片开关电源的设计》（沙占友著）中的图：

感觉我的布局和距离都比这个资料上的要短和近得多了呢。包括环路面积也是挺小的了。

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anjunly_zhong
LV.2
5
2017-06-20 15:33
@anjunly_zhong
补充一点情况：关断电源时，输出电压并非直接归0，而逐渐降低，大概近50秒时还有0.6V左右的电压，且下降越来越缓慢，归0大概需要10分钟左右时间。

再补充一些与详细说明情况：

1、输入整流后的直流电压311V，十分稳定。

2、输出电压波动如前所述。

3、反馈绕组整流后和光耦（C）端的电压是5.8~8.9V之间跳动，

4、高频变压器发出的“吱……吱……”声音一高一低，与光耦（C）端电压高低一致。

5、TOP204YAI（C）脚电压为5.11V，较稳定无变化。

6、输出电压在关掉输入AC电源之后，不是直接掉电，而是缓慢降下来，带载与不带载是一样的。

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ymyangyong
6
2017-06-20 15:59
@anjunly_zhong
谢谢！感觉S脚布线也已经很短了，几乎不能再短的地步了，也参照了好多资料来看，可就是问题始终无法解决。比如《单片开关电源的设计》（沙占友著）中的图：[图片]感觉我的布局和距离都比这个资料上的要短和近得多了呢。包括环路面积也是挺小的了。
第2个要求S脚要单点接地，PCB反馈供电的地没有跟S脚的地分开。另外，核对一下反馈供电绕组同名端，输出端加个假负载试试。
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anjunly_zhong
LV.2
7
2017-06-20 17:21
@ymyangyong
第2个要求S脚要单点接地，PCB反馈供电的地没有跟S脚的地分开。另外，核对一下反馈供电绕组同名端，输出端加个假负载试试。
谢谢！S脚是单点接地的呢。好的，回头带个假负载试试。
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ymyangyong
8
2017-06-20 17:55
@anjunly_zhong
谢谢！S脚是单点接地的呢。好的，回头带个假负载试试。
你这不是单点接地，辅助供电和S脚的地没有分开。

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anjunly_zhong
LV.2
9
2017-06-20 21:17
@ymyangyong
你这不是单点接地，辅助供电和S脚的地没有分开。[图片]

哦！已经切断那条线，并用导线跨接成单点接地了。

带上假负载（10欧的电阻，正常计算15V/30W应该是7.5欧，先不急着用足功率），结果故障依旧。输出端电压是0.0V、0.0V、0.3V、0.6V、0.8V、1.2V、1.3、1.5V左右（不好意思具体小数点2位以后的数字没留意）很有规律的跳动。与之前的情况是一样的。

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anjunly_zhong
LV.2
10
2017-06-20 21:33
@ymyangyong
你这不是单点接地，辅助供电和S脚的地没有分开。[图片]

无意中又发现一个问题：

这是无意中发现的，因为之前取下了光耦，切断与跨接线后忘了安装光耦，在无光耦的情况下，试了机，然后发现不对就安装上光耦再试，结果情况是一样的。也就是说在有与无光耦的情况是一样的，根据这样的情况，我想应该问题出在反馈电路上，也就是光耦无反馈。

奇怪的是，第一次焊接安装好试机，一切正常呢，输出电压15.25V，带负载也没问题，虽然是只逐步增加负载到1.5A就暂停了，本想让其工作一段时间后再增加到2A测试。就在这个时候，大概3分钟左右出现故障。再后来就一直这样的故障。

还有，更奇怪的是：三次设计的PCB板，都是如此的问题，每次都是用新设计的PCB板时正常，一会儿出现故障，然后就再也无法恢复，再如何换板子和元器件都是一样。真是怪事呀，每次用设计的新板正常一会儿。特别说明：每次新设计的PCB板，测试正常大概几分钟，然后不管是换元器件还是PCB板都是一通电开机就是故障情况，始终无法出现刚开始时的正常一会儿的情况。

真是奇怪了！！！百思不得其解呀！！！

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张嘉华
LV.2
11
2017-06-21 11:10
@anjunly_zhong
无意中又发现一个问题：这是无意中发现的，因为之前取下了光耦，切断与跨接线后忘了安装光耦，在无光耦的情况下，试了机，然后发现不对就安装上光耦再试，结果情况是一样的。也就是说在有与无光耦的情况是一样的，根据这样的情况，我想应该问题出在反馈电路上，也就是光耦无反馈。奇怪的是，第一次焊接安装好试机，一切正常呢，输出电压15.25V，带负载也没问题，虽然是只逐步增加负载到1.5A就暂停了，本想让其工作一段时间后再增加到2A测试。就在这个时候，大概3分钟左右出现故障。再后来就一直这样的故障。还有，更奇怪的是：三次设计的PCB板，都是如此的问题，每次都是用新设计的PCB板时正常，一会儿出现故障，然后就再也无法恢复，再如何换板子和元器件都是一样。真是怪事呀，每次用设计的新板正常一会儿。特别说明：每次新设计的PCB板，测试正常大概几分钟，然后不管是换元器件还是PCB板都是一通电开机就是故障情况，始终无法出现刚开始时的正常一会儿的情况。真是奇怪了！！！百思不得其解呀！！！
检查431的参考电阻过大，无法正常工作。431有个最低的工作电流。
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ymyangyong
12
2017-06-21 12:30
@anjunly_zhong
无意中又发现一个问题：这是无意中发现的，因为之前取下了光耦，切断与跨接线后忘了安装光耦，在无光耦的情况下，试了机，然后发现不对就安装上光耦再试，结果情况是一样的。也就是说在有与无光耦的情况是一样的，根据这样的情况，我想应该问题出在反馈电路上，也就是光耦无反馈。奇怪的是，第一次焊接安装好试机，一切正常呢，输出电压15.25V，带负载也没问题，虽然是只逐步增加负载到1.5A就暂停了，本想让其工作一段时间后再增加到2A测试。就在这个时候，大概3分钟左右出现故障。再后来就一直这样的故障。还有，更奇怪的是：三次设计的PCB板，都是如此的问题，每次都是用新设计的PCB板时正常，一会儿出现故障，然后就再也无法恢复，再如何换板子和元器件都是一样。真是怪事呀，每次用设计的新板正常一会儿。特别说明：每次新设计的PCB板，测试正常大概几分钟，然后不管是换元器件还是PCB板都是一通电开机就是故障情况，始终无法出现刚开始时的正常一会儿的情况。真是奇怪了！！！百思不得其解呀！！！
几分钟出现问题应该是芯片过流或者过温保护了。反馈部分、变压器原边电感量、同名端等要检查一下。
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anjunly_zhong
LV.2
13
2017-06-21 12:53
@张嘉华
检查431的参考电阻过大，无法正常工作。431有个最低的工作电流。

谢谢！已经考虑过这个问题，也调整过相关电阻，结果是故障依旧。

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anjunly_zhong
LV.2
14
2017-06-21 13:09
@ymyangyong
几分钟出现问题应该是芯片过流或者过温保护了。反馈部分、变压器原边电感量、同名端等要检查一下。

嗯，也曾分析过，刚开始测试时正常，几分钟后出现故障，确实是芯片发热，所以分析是过温或过流保护。但很快否定了，因为如果是这类问题，那么在冷却之后重新开机，应该是正常的，再过几分钟出现同样故障。但不是这样的情况，正如前所述的，是不管如何开机测试，只要一通电开机就是故障现象。这个时候不管更换任何元器件，故障依旧，没任何好转情况。

另外，再补充说明一下情况：噪音与电压升降变化频率大概是1Hz左右，很有规律，噪音与电压变化时序是：0→低→高→低→0……不断循环（每次电压在0V时，大概噪音6次后才开始升降变化），根据这种情况分析，应该是TOP204芯片没启振，曾无意在没安装光耦的情况下通电开机，故障一样，那么说明可能故障在反馈电路上。也曾考虑是变压器的问题，重新绕制了变压器（原边/初级匝数121，电感量1.8mHz，反馈绕组8匝，副边/次级绕组10匝，最先发贴也已说明。同名端如图，应该没错，也测试过)，也是一样的。

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hylylx
LV.9
15
2017-06-21 14:43
@anjunly_zhong
哦！已经切断那条线，并用导线跨接成单点接地了。[图片]带上假负载（10欧的电阻，正常计算15V/30W应该是7.5欧，先不急着用足功率），结果故障依旧。输出端电压是0.0V、0.0V、0.3V、0.6V、0.8V、1.2V、1.3、1.5V左右（不好意思具体小数点2位以后的数字没留意）很有规律的跳动。与之前的情况是一样的。
虽然这应该不是问题的关键，但是你这种操作意义不大，断开位置和跨接位置都不是理想的位置。
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hylylx
LV.9
16
2017-06-21 14:48
@anjunly_zhong
哦！已经切断那条线，并用导线跨接成单点接地了。[图片]带上假负载（10欧的电阻，正常计算15V/30W应该是7.5欧，先不急着用足功率），结果故障依旧。输出端电压是0.0V、0.0V、0.3V、0.6V、0.8V、1.2V、1.3、1.5V左右（不好意思具体小数点2位以后的数字没留意）很有规律的跳动。与之前的情况是一样的。

图中红框是咋回事

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anjunly_zhong
LV.2
17
2017-06-21 14:57
@hylylx
虽然这应该不是问题的关键，但是你这种操作意义不大，断开位置和跨接位置都不是理想的位置。
谢谢！烦请告知一下理想的方式方法！
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anjunly_zhong
LV.2
18
2017-06-21 16:45
@hylylx
[图片]图中红框是咋回事
红框内只是缩小的接触面而已。
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ymyangyong
19
2017-06-21 18:29
@anjunly_zhong
嗯，也曾分析过，刚开始测试时正常，几分钟后出现故障，确实是芯片发热，所以分析是过温或过流保护。但很快否定了，因为如果是这类问题，那么在冷却之后重新开机，应该是正常的，再过几分钟出现同样故障。但不是这样的情况，正如前所述的，是不管如何开机测试，只要一通电开机就是故障现象。这个时候不管更换任何元器件，故障依旧，没任何好转情况。另外，再补充说明一下情况：噪音与电压升降变化频率大概是1Hz左右，很有规律，噪音与电压变化时序是：0→低→高→低→0……不断循环（每次电压在0V时，大概噪音6次后才开始升降变化），根据这种情况分析，应该是TOP204芯片没启振，曾无意在没安装光耦的情况下通电开机，故障一样，那么说明可能故障在反馈电路上。也曾考虑是变压器的问题，重新绕制了变压器（原边/初级匝数121，电感量1.8mHz，反馈绕组8匝，副边/次级绕组10匝，最先发贴也已说明。同名端如图，应该没错，也测试过)，也是一样的。
431和光耦换过没有？
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空军通信兵
LV.8
20
2017-06-21 21:07
变压器空气气息是否够？气息不够磁芯饱和也会出现这些现象。
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bobo13
LV.5
21
2017-06-21 22:55
@anjunly_zhong
嗯，也曾分析过，刚开始测试时正常，几分钟后出现故障，确实是芯片发热，所以分析是过温或过流保护。但很快否定了，因为如果是这类问题，那么在冷却之后重新开机，应该是正常的，再过几分钟出现同样故障。但不是这样的情况，正如前所述的，是不管如何开机测试，只要一通电开机就是故障现象。这个时候不管更换任何元器件，故障依旧，没任何好转情况。另外，再补充说明一下情况：噪音与电压升降变化频率大概是1Hz左右，很有规律，噪音与电压变化时序是：0→低→高→低→0……不断循环（每次电压在0V时，大概噪音6次后才开始升降变化），根据这种情况分析，应该是TOP204芯片没启振，曾无意在没安装光耦的情况下通电开机，故障一样，那么说明可能故障在反馈电路上。也曾考虑是变压器的问题，重新绕制了变压器（原边/初级匝数121，电感量1.8mHz，反馈绕组8匝，副边/次级绕组10匝，最先发贴也已说明。同名端如图，应该没错，也测试过)，也是一样的。
15v开12的匝比？这太大了，建议你开到6-7左右，重新算过变压器吧
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电源网-fqd
22
2017-06-22 11:07
恭喜被添加到社区经典图库，并获得1积分
http://www.dianyuan.com/bbs/classic/
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anjunly_zhong
LV.2
23
2017-06-22 11:58
@ymyangyong
431和光耦换过没有？
431和光耦，都换过了。
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anjunly_zhong
LV.2
24
2017-06-22 12:40
@空军通信兵
变压器空气气息是否够？气息不够磁芯饱和也会出现这些现象。
磁芯气隙通过计算是0.432mm，δ=4π×10-7Np2Ae/Lp=4×3.14×10-7×1212×42/1.788=0.432mm
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liujij
LV.5
25
2017-06-22 13:02
@anjunly_zhong
无意中又发现一个问题：这是无意中发现的，因为之前取下了光耦，切断与跨接线后忘了安装光耦，在无光耦的情况下，试了机，然后发现不对就安装上光耦再试，结果情况是一样的。也就是说在有与无光耦的情况是一样的，根据这样的情况，我想应该问题出在反馈电路上，也就是光耦无反馈。奇怪的是，第一次焊接安装好试机，一切正常呢，输出电压15.25V，带负载也没问题，虽然是只逐步增加负载到1.5A就暂停了，本想让其工作一段时间后再增加到2A测试。就在这个时候，大概3分钟左右出现故障。再后来就一直这样的故障。还有，更奇怪的是：三次设计的PCB板，都是如此的问题，每次都是用新设计的PCB板时正常，一会儿出现故障，然后就再也无法恢复，再如何换板子和元器件都是一样。真是怪事呀，每次用设计的新板正常一会儿。特别说明：每次新设计的PCB板，测试正常大概几分钟，然后不管是换元器件还是PCB板都是一通电开机就是故障情况，始终无法出现刚开始时的正常一会儿的情况。真是奇怪了！！！百思不得其解呀！！！

出现故障无法恢复时，更换光耦，如果更换后能正常工作一段时间，就是光耦问题，可能是器件质量不好或设计错误。

寻找芯片发热原因需要用示波器看波形。

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anjunly_zhong
LV.2
26
2017-06-22 13:30
@bobo13
15v开12的匝比？这太大了，建议你开到6-7左右，重新算过变压器吧

也重新计算过几次呢。

不知是不是计算方法有问题，请指教！

1、输出功率与变压器初一次感应电压：

VBmin=85×1.1×√2=132.21V，VBmax=265×0.7×√2=262.39V

2、占空比：

Dmax =  VOR  /(VOR+Vi(min)-VDS(on)) = 135/(135+90-10)=0.628

Dmin = Vi(min)/(VOR+Vi(min)-VDS(on)) =  90/(135+90-10) =0.419

3、输入功率：

Pi= Po/η = 30/0.88 =34.09W

4、一次线圈峰值电流：

IPK= Ipo/Dmin= Pi/(VBminDmin) = 34.09/(132.21×0.419) = 0.615A

5、一次绕组电感：

LP= VBmaxDmin×10/IPK= 262.39×0.419×10/0.615 = 1.788mH

6、一次绕组匝数：

根据工作频率（100KHz)和功率选择EE25磁芯，Ae=42mm2，磁芯磁感应强度100℃时360mT，变化范围60%，

△B = 360×60% = 216mT

NP = VBmaxDmin×10/(Ae△B) = 262.39×0.419×10/（42×0.216) = 121.2 ≈ 121T

7、二次绕组和反馈绕组：

设电感压降VL=0.3V，整流二极管压降VD=0.4V。

每匝线圈所承受电压为：n = VBmax/NP = 262.39/121 = 2.169V/T

Vs = (Vo+VL+VD)/0.707 = (15+0.3+0.4)/0.707 = 22.207V

VF= (VFO+VD)/0.707 = (12+0.4)/0.707 = 17.539V

Ns= Vs/n = 22.207/2.169 = 10.2 ≈ 10T

NF= VF/n =17.539/2.169 = 8.1 ≈ 8T

8、磁心气隙：

δ = 4π×10-7Np2Ae/Lp= 4×3.14×10-7×1212×42/1.788 = 0.432mm

也通过其他方法计算过，也都差不多的数值。

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anjunly_zhong
LV.2
27
2017-06-22 13:37
@liujij
出现故障无法恢复时，更换光耦，如果更换后能正常工作一段时间，就是光耦问题，可能是器件质量不好或设计错误。寻找芯片发热原因需要用示波器看波形。

不是更换光耦后正常工作一段时间（出现故障后更换任何元器件都没用），而是每次重新设计PCB能正常一会儿，且仅是重新设计的第一块板能正常，出现故障后再更换板子也没用了。

用示波器测试过，波形很乱，跳跃性强，感觉是没起振。芯片发热是正常工作的那段时间里，由于时间较短就出现故障，没找到到底是什么原因。

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guang卢
LV.7
28
2017-06-22 16:27
供电经过光耦再到R101脚再到TOP204的C脚试试看！
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anjunly_zhong
LV.2
29
2017-06-22 16:31
@guang卢
供电经过光耦再到R101脚再到TOP204的C脚试试看！
试过，也是一样的情况！
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guang卢
LV.7
30
2017-06-22 17:02
@anjunly_zhong
试过，也是一样的情况！
TOP204YAI（C）脚电压一直为5.11V？？？？
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anjunly_zhong
LV.2
31
2017-06-22 17:25
@guang卢
TOP204YAI（C）脚电压一直为5.11V？？？？
是的，这个电压倒是很稳定的呢。
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