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【工程师6】+实践类+80W电源设计
阅读: 10940 |  回复: 85 楼层直达

2019/11/12 21:28:33
1
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长

QQ截图20160321155901  【活动进行中……】礼遇感恩节!参与顶楼  免费送仪器

QQ截图20160321155901   【风采汇】参与有奖!获奖作品分享大赛



基本性能要求如下:

产品为AC转DC电源,30~95Vac交流输入,双路直流共地输出,输出总功率80W,。

输入特性:

标签 开关电源
2019/11/13 18:42:42
2
luoyan1980
电源币:2410 | 积分:8 主题帖:29 | 回复帖:364
LV8
师长
期待楼主上线路图。
2019/11/13 22:30:04
3
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长

好,上传线路图如下:

/upload/community/2019/11/13/1573655392-18495.pdf

2019/11/28 18:30:17
54
cyx19740111
电源币:1571 | 积分:2 主题帖:3 | 回复帖:17
LV2
班长
下载先保存。
2019/11/13 22:32:23
4
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长

详细设计:

该电源是一款低电压交流输入,输出为80W  POE通信电源,带有主动PFC功能。无风扇并安装在客户一个完成密封的系统外壳内。

电源单体要求通过CB/CE等认证。

列出本产品所涉及的单元电路清单:(如下所示)

1)      主电路采用双管正激电路

2)      PFC电路采用CCM模式

3)      输出整流电路采用最简单的二极管整流

4)      管理电路采用运放及比较器做一些保护功能

5)      EMI电路采用两级EMI电路

辅助VCC采用FAIRCHILD 的FSL306LRN。

2019/11/19 06:32:58
21
xinge7401
电源币:1395 | 积分:3 主题帖:11 | 回复帖:158
LV6
团长
辅助电源功率多少?
2019/12/04 05:56:51
70
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长
10W
2019/11/13 22:36:44
5
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长

1.    主电路详细设计方案:

此POE电源特点:30VAC-95VAC输入,24V与12V是输出共地。24V保护时,12V要输出正常,但12V保护时,24V也要关闭。

主电路的电路设计:器件选用上遵守选用成熟IC方案原则,采用独立芯片FAN4800AUM控制,

它是一个PFC+PWM的联合IC,PFC为CCM模式,变压器直接两路输出,但24V加一个开关MOS做独立保护控制。

技术指标:

1. Normal input(PFC output):105Vdc

2.Vout/Iout: +12V/4.2A

3.Vout_ripple:≤120mV

4. Vout/Iout: +24V/1.25A

5.Vout_ripple:≤240mV

6.η≥0.83

7.Vout Regulation:≤±5%

8.Operating Ambient Temperature :75℃

2019/11/14 22:19:41
11
lysgdjp
电源币:1011 | 积分:6 主题帖:10 | 回复帖:45
LV4
连长
75度环境温度,还是很高的。很严酷。
2019/11/19 06:33:33
22
xinge7401
电源币:1395 | 积分:3 主题帖:11 | 回复帖:158
LV6
团长
要求有点严格。
2019/12/04 07:56:06
72
c19740111
电源币:1760 | 积分:2 主题帖:3 | 回复帖:16
LV3
排长
75度环境温度,那么过温保护是多少度?
2019/12/05 07:52:56
80
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长
过温保护是85度。
2019/11/14 22:49:18
14
beijing7401
电源币:2250 | 积分:5 主题帖:9 | 回复帖:49
LV4
连长
24V保护时,12V要输出正常,但12V保护时,24V也要关闭。要求好特别。
2019/11/15 21:59:30
17
chenyingxin7610
电源币:1446 | 积分:6 主题帖:118 | 回复帖:774
LV9
军长
这应该是实际工作需要。
2019/11/20 21:52:07
30
hzb197406
电源币:2018 | 积分:5 主题帖:10 | 回复帖:20
LV3
排长
这应该是一款特殊定制电源。
2019/12/01 10:26:10
56
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长
客户定制电源。
2019/12/04 07:56:40
73
c19740111
电源币:1760 | 积分:2 主题帖:3 | 回复帖:16
LV3
排长
这款电源用在那儿?
2019/11/13 22:40:33
6
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长

1.    输出整流电路详细设计方案

           由于两组电压输出,一组24V输出功率30W/1.25A,另一组12V输出功率50W/4.2A,输出电流都不大,采用同步整流对效率改善不大。所以都采用肖特基二极管的普通整流,这种二极管整流具有高可靠性,成本低,没有技术上的风险。效率要求不高的电源即可符合。

    2.管理电路详细设计方案

规格要求:OCP/short circuit  自恢复

OVP  打嗝

AC BROWOUT 

OTP自恢复

24V OCP/ short circuit, 需在二次侧加电流sense 电阻来采样输出电流, 经运算放大器放大此电流信号后,再经比较器,去关掉MOS,从而关闭输出. OVP 是用电阻分压器检测输出电压,经比较器并通过光耦隔离再经比较器,去关掉MOS,从而关闭输出.

OTP和BROWOUT功能在一次侧加比较器即可实现.

所有保护都用简单的运放及比较器即可实现, 电路成熟可靠,成本低,没有技术难点.

3.    EMI电路详细设计方案

EMI规格要求:CLASS B 传导6DB余量,辐射带系统测试6DB余量的要求

采用两级EMI电路设计,传导即可符合要求.

辐射配套的测试系统, 由于是完全密封的外壳, 预计辐射容易达标.  

2019/11/14 22:21:14
12
lysgdjp
电源币:1011 | 积分:6 主题帖:10 | 回复帖:45
LV4
连长
保护功能还是挺全的。应该可靠性不错。
2019/11/28 18:32:10
55
cyx19740111
电源币:1571 | 积分:2 主题帖:3 | 回复帖:17
LV2
班长
客户应该要求也很严吧?
2019/12/01 10:27:06
57
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长
要求保护齐全,但还不能有误动作发生。
2019/12/04 07:57:49
74
c19740111
电源币:1760 | 积分:2 主题帖:3 | 回复帖:16
LV3
排长
保护应该是要有适当的延迟才行。
2019/12/05 07:55:28
81
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长
是的,保护不能太灵敏。
2019/11/14 22:50:31
15
beijing7401
电源币:2250 | 积分:5 主题帖:9 | 回复帖:49
LV4
连长
有实际样品出来吗?PCB布局拿出来晒一晒。
2019/11/19 21:23:17
26
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长
2019/11/20 06:09:17
29
lysgdjp
电源币:1011 | 积分:6 主题帖:10 | 回复帖:45
LV4
连长
LAYOUT看起来很整齐,持续关注。
2019/11/20 21:52:43
31
hzb197406
电源币:2018 | 积分:5 主题帖:10 | 回复帖:20
LV3
排长
样品什么时候出来?
2019/11/21 21:16:08
32
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长

样品出来了,如下图:

2019/11/24 21:37:21
36
chenyingxin7610
电源币:1446 | 积分:6 主题帖:118 | 回复帖:774
LV9
军长
不错,样品看上去很高档。
2019/11/26 21:31:33
42
c19740111
电源币:1760 | 积分:2 主题帖:3 | 回复帖:16
LV3
排长
请问产品成品是无风扇散热吗?
2019/12/01 10:27:23
58
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长
是的。
2019/11/22 07:43:51
34
chdbybc
电源币:2163 | 积分:3 主题帖:1 | 回复帖:78
LV4
连长
PCB 布板不错。
2019/11/26 21:34:28
43
c19740111
电源币:1760 | 积分:2 主题帖:3 | 回复帖:16
LV3
排长

EMI规格要求:CLASS B 传导6DB余量,辐射带系统测试6DB余量的要求,

不知这要求根据是什么?

2019/12/01 10:28:31
59
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长
这是公司内部测试最低要求,为了量产后没问题。
2019/12/04 07:58:25
75
c19740111
电源币:1760 | 积分:2 主题帖:3 | 回复帖:16
LV3
排长
是传导还是辐射?
2019/12/05 07:56:01
82
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长
一样都有要求。
2019/11/14 21:16:56
7
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长

电子详细设计详如下:

PFC部分:

PFC电路基本参数如表一所示:

电路基本参数

由此可以计算(选30Vac计算)

30V输入电流有效值=4A       考虑过功率,正激输入用110W计算

所以,采用下面以30VAC为条件计算PFC各参数

最小工作开关频率:70KHz

2019/11/19 06:37:18
23
chdbybc
电源币:2163 | 积分:3 主题帖:1 | 回复帖:78
LV4
连长
不错,计算很详细。
2019/11/28 06:52:41
51
cly2014
电源币:791 | 积分:3 主题帖:27 | 回复帖:43
LV4
连长
采用以30VAC为条件计算PFC各参数,是指用最低输入电压来计算吧?
2019/11/28 18:25:14
52
cyx19740111
电源币:1571 | 积分:2 主题帖:3 | 回复帖:17
LV2
班长
电压最低,电流最大,所以低压时容易出现过流保护。
2019/12/01 10:28:53
60
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长
没错。
2019/11/14 21:24:06
8
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长

确定磁芯

根据最小磁心的Ap值:

磁芯不需加挡墙和内部胶带,窗口利用率高,可选取0.7

因PFC是高频大电流工作,需考虑用直径0.1mm或0.15mm多股线绕制,能承受高电流密度,SPEC要求环境温度75度正常工作,故选j=7A/ mm2

SPEC要求板面最大高度为25mm,所以选用PQ2620铁氧体磁芯,Ae=118mm2,窗口面积Aw=47.7mm2,

其AeAw值为5628mm4>3326mm4,可满足要求.

确定匝数

根据磁芯不饱和条件。

实际选取22T

2019/11/14 22:22:21
13
lysgdjp
电源币:1011 | 积分:6 主题帖:10 | 回复帖:45
LV4
连长
计算出来是18TS,为什么选用22TS,依据是什么?
2019/11/15 21:58:18
16
chenyingxin7610
电源币:1446 | 积分:6 主题帖:118 | 回复帖:774
LV9
军长
同问,为什么选用22TS,依据是什么?
2019/11/16 11:42:45
18
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长
18TS是最少圈数,选用22TS是为了公司物料共用而已。
2019/11/19 06:38:35
24
chdbybc
电源币:2163 | 积分:3 主题帖:1 | 回复帖:78
LV4
连长
这样的考虑是很合理的。
2019/11/22 07:44:35
35
chdbybc
电源币:2163 | 积分:3 主题帖:1 | 回复帖:78
LV4
连长
为了物料的统一。
2019/12/05 07:56:41
83
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长
便于物料管理。
2019/11/14 21:26:18
9
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长

计算电感的电流有效值。

 因电流是4A

假设用0.1*80股线绕制,

0.05*0.05*3.14*80*7=4.4A, 大于4A的电感有效电流值。符合要求。

根据计算,参数如下

0.1*80*22T

考虑过功率因素L=130UH

此电感量比计算的值要小,匝数多4T,它的输出功率比现在所要求的大,理论上损耗也大一点。

2019/11/28 18:27:05
53
cyx19740111
电源币:1571 | 积分:2 主题帖:3 | 回复帖:17
LV2
班长
计算出来的指,这应该是最小感量。实际使用可以比它值大。
2019/12/01 10:29:37
61
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长
说的没错。
2019/12/04 07:59:07
76
c19740111
电源币:1760 | 积分:2 主题帖:3 | 回复帖:16
LV3
排长
感量是越大越好吗?
2019/11/14 22:08:54
10
ghsdwf
电源币:63 | 积分:3 主题帖:6 | 回复帖:328
LV6
团长
太长,没看完,但对楼主赞赏楼主的分享
2019/11/16 11:48:44
19
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长

12V/24V电源部分设计:

一. 设计规格

1. 输入电压:105VDC

2.输出电压:Vout1=12V    Vout2=24V

3.输出电流:Iout1=4.2A    Iout2=1.25A

4.最在输出功率:Pout=80W 

5.设满载效率约: 83%  则满载输入约为:Pin=96W

另SPEC要求:PCB板面元器件最大高度为:30mm。

线路的确定

因输出功率只有80W,采用双管正激结构,芯片选用FAN4800,工作频率设65KHZ,完全满足设计要求。

(因FAN4800在其它机种上大量使用,方便采购,所以选取此芯片)

2019/11/16 11:57:28
20
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长

变压器的计算

确定变压器的尺寸和材质:

 

Km为窗口利用率取0.45,  (变压器内部取消一个屏蔽铜泊,所以Km可以取大一点)

J为电流密度,取6A/mm^2  设频率65K

要符合最大高度30mm的要求:选ER28磁芯完符合要求,,其Ae=82mm2 Aw=71mm2

 AeAw=5822mm4>3901mm4

2019/11/19 06:40:35
25
chdbybc
电源币:2163 | 积分:3 主题帖:1 | 回复帖:78
LV4
连长
期待继续。
2019/11/19 21:37:21
27
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长

匝数的确定

因输出功率不大,只有80W,有PFC输出105VDC,没有保持时间要求,

所以选临界点占空比D=0.35  满足不饱和条件设deta B=0.30

计算变压器二次侧匝数Ns

一次侧与二次侧匝比

Np=Ns*n=24   考虑变压器绕法,选Np=26  匝比为:3.25

24V绕组取16T

3.先估计算MOSFETVds电压是否符合要求。

因为是双管正激,有二极管钳位,所以MOSVDS电压约为输入电压1.2,再考虑雷击要求,选取300VMOS管完全能符合derating要求.

2019/11/19 21:45:28
28
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长

4.估算输出二极管的耐压

设Vinmax=150V

Vout二极管耐压=inmax/n*=46.1V (Vl反向尖峰电压5V)

同样要求要求90% derating,所以输出二极管选取用耐压大于51.1/0.9=57.78V即可。

在此可选60V肖特基。

5.计算线径:工作在105VDC临界点时初级电流有效值

图片11

m:并联根数; Dr线径;J电流密度

初级线径:Drp =0.533mm,>0.55mm的线

级线径:12V:rs=0.45mm6  24V: rs=0.7mm1

(电流密度取6-8A/mm2

6.实际绕制变压器

ER28骨架为减小漏感,选用三明治绕法.一次侧采用三层绝缘导线绕制.

2019/11/28 06:50:03
50
cly2014
电源币:791 | 积分:3 主题帖:27 | 回复帖:43
LV4
连长
ER28骨架为减小漏感,选用三明治绕法.一般漏感控制在多少比较合适?
2019/12/04 05:59:23
71
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长
至少要小于主感量的10%。一般取5%左右。
2019/12/04 07:59:37
77
c19740111
电源币:1760 | 积分:2 主题帖:3 | 回复帖:16
LV3
排长
漏感是越小越好。
2019/12/05 07:57:27
84
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长
这要取决于变压器绕线结构。
2019/11/21 21:22:33
33
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长

EMI测试如下:

2019/11/24 21:39:40
37
chenyingxin7610
电源币:1446 | 积分:6 主题帖:118 | 回复帖:774
LV9
军长
EMI余量看起来很足,大于6dB.
2019/11/26 21:29:36
41
c19740111
电源币:1760 | 积分:2 主题帖:3 | 回复帖:16
LV3
排长
这样确保了量产后EMI没问题。
2019/11/28 06:27:38
47
hzb197406
电源币:2018 | 积分:5 主题帖:10 | 回复帖:20
LV3
排长
大于6dB,这应该是公司内部标准吧?
2019/12/02 22:53:45
64
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长
是的,测试验证部门定义的,也算是行业界普遍标准吧。
2019/12/05 07:58:46
85
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长
参考了别家公司,算是比较严苛了,一般只要求说明理由3dB余量。
2019/11/25 21:56:52
38
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长

温度测试结果如下:

2019/11/25 21:58:49
39
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长

2019/11/26 13:45:48
40
chenyingxin7610
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LV9
军长
温度偏高,有很多不过呀?
2019/11/28 06:47:20
48
cly2014
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LV4
连长
我看首版样品,有这样就不错了。
2019/12/02 22:52:15
63
chenxiangyu1990
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LV8
师长
温度有在改善。
2019/12/03 21:44:48
69
jasuny1980
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LV4
连长
温度测试元件是怎样选择的?根据是什么?
2019/12/04 08:01:39
78
c19740111
电源币:1760 | 积分:2 主题帖:3 | 回复帖:16
LV3
排长
应该是选择主要功率元器件来测试吧。
2019/12/05 07:59:48
86
chenxiangyu1990
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LV8
师长
功率器件及重要元器件,如控制IC等。
2019/11/27 18:15:25
44
chenxiangyu1990
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LV8
师长

样品安规测试如下:

测试照片:

2019/12/03 21:43:39
68
jasuny1980
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LV4
连长
安规测试,是所有产品必须的要测试的,一般为耐压,耐电流等测试。
2019/12/04 08:02:43
79
c19740111
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LV3
排长
还有绝缘阻抗测试,漏电流测试。
2019/11/27 18:18:56
45
chenxiangyu1990
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LV8
师长

样品输出电流极限测试:

2019/11/28 06:16:33
46
slj201506
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LV3
排长
输出电流极限测试,这项测试目的是什么?
2019/11/28 06:48:40
49
cly2014
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LV4
连长
输出电流极限测试,应该就是OCP,即过流测试吧?
2019/12/02 22:51:30
62
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长
极限测试,顾名思义,就是要测试电源性能的极限。
2019/12/03 06:06:18
65
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长

最大输入极限电流测试。

2019/12/03 21:41:41
67
jasuny1980
电源币:2154 | 积分:5 主题帖:9 | 回复帖:51
LV4
连长
最大输入极限电流测试,是测试输入特性吗?
2019/12/03 06:12:49
66
chenxiangyu1990
电源币:4602 | 积分:20 主题帖:34 | 回复帖:273
LV8
师长

高压输入测试:

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