一款宽范围AC/DC 5W小功率电源的设计
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一、方案 输入电压范围至少满足交流110/220V/230V，电网频率50/60Hz;直流110V/220V的要求，可以正常工作。可以交直流电压输入;设计的这款，可工作于65~300VAC或90~500VDC的较宽电压范围。 输出电压等级 在我们规划的海外电力自动化产品中，开关电源模块主要将现场供电电压转换出硬件所需的各种低压直流电，实现系统的数据采集，监控和保护控制等功能。该低压直流电以单路5V输出需求为主，本方案设计的也是单路5V输出。 输入功率等级 在功率上，设计的5W电源产品，一般适用功率范围如下： 5W：0W~6W;该设计的实际输出电流可以达到1.2A。额定工作电流1A 环境因素 工作温度范围：-40℃～ 70℃;也能够适应湿热的高温。 保护特性 具有输出短路、过流保护功能; 输入侧过电压停机保护功能; 输入输出具有隔离保护功能，隔离耐压达到AC2KV，冲击耐受5KV。 通用性 具有通用的引脚和封装，移植性好; 未来考虑输出为5V、12V、24V的单路或隔离双路组合，还预留足够的裕量，可以随着龙腾MOS耐压等级的提高，进而扩展到耐压更高的等级，比如高达700V的直流输入. EMC特性 整体装置需要承受较大的干扰，比如在四级的快瞬和雷击浪涌干扰下而能正常工作，还有高频干扰，静电等EMC。 二、出原理图 ACDC-5W-S05主电路部分，见下图：
该开关电源主电路部分的拓扑为单端反激结构。该电路变换器同样是一个降压型硬开关电路。由单管驱动隔离变压器主绕组，输出经整流V1、滤波送负载。 该电源输入电压高达500VDC，在整流桥后接两个电解电容，各自耐压为400V，串联后耐压为800V，满足输入电压的最高要求。 并联在变压器原边绕组的RCD可以提供变压器原边的泻放通路，并构成开关管尖峰吸收电路，以减小开关损耗。 正常工作电压VDD由辅助反馈绕组提供。启动电压由母线DC 经过限流电阻提供。 增加的X、Y电容，及滤波器L1是为了抑制EMI.FU1是保险丝。RT1是热敏电阻，降低开机的冲击电流. ACDC-5W-S05控制电路部分，见下图：
R19我可以选的很小，到时候直接将芯片供电电压拉低到几伏即可，彻底关断输出。是过压保护用的。 过压保护电路的原理：当输入电压过高时，经过整流后母线电压DC ，在电阻R13-R18并联支路上的R18分得的电压达到了2.5V左右，就会控制V8导通，V7也跟着导通，将R19的支路也并到辅助绕组上，拉低了VDD的输出，从而关断控制芯片的PWM输出，起到了过压保护作用。 X电容一般都标有安全认证标志和耐压AC250V或AC275V字样,但其真正的直流耐压高达2000V以上,使用的时候不要随意使用标称耐压AC250V或者DC400V之类的的普通电容来代用。
通常,X电容多选用纹波电流比较大的聚脂薄膜类电容。这种类型的电容,体积较大,但其允许瞬间充放电的电流也很大,而其内阻相应较校普通电容纹波电流的指标都很低,动态内阻较高。用普通电容代替X电容,除了电容耐压无法满足标准之外,纹波电流指标也难以符合要求。在此选我们常用的MKP-275V-104即可。 对于跨接在初次级的Y电容，是因为在变压器的线圈绕组层与层之间的分布电容的存在，导致在工作时将储存一个电压，将产生一个骚扰源。对于EMI测试可能会有影响。在变压器初次级的地之间跨接一Y电容后，可以对此骚扰源提供一个泻放路径。根据实际调节,CY2一般可选2200pF或者4700pF。还有一种解释是，加Y电容主要是为了给噪声提供一个低阻抗的路径，好让副边的噪声顺利的通过Y电容到达原边，尽量不让其进入LISN网络。都是一个道理。 补充下：将此电源模块应用到带地的电源输入时，一般需要在外围电路加上对地的Y电容，有利于抑制EMI。 用高磁导率值，可以使得体积更小，圈数更少。现在磁导率为10000的材料已经很成熟了。这个值，一般取mH级别的。比如根据经验，经常选取10mH左右的滤波电感，选取的一家滤波器的几种规格如下图：
参考上图，L1可以选取0R23A103U9。 该共模电感有两个绕组，兼有差模电感的作用，因此为了节省空间，在此我们就省下了一个差模电感。 输入滤波电解电容，主要是根据纹波抑制电流和输出电压维持时间等因素考虑来综合选取。在此C1，C2选常用的输入电解电容400V-10UF。 输出滤波电解电容C12，C13，在此选YXF-10V-220UF。电解电容的选取，有很多资料详细介绍，在此先不具体说明了。当输出纹波过大或者响应过慢，要考虑容量选取的是否合适。 输出滤波电感L2，一般在单端反激中加上个输出滤波LC，电感一般只需几UH即可。在此选用1210-6UH的贴片电感。 整流桥V1，主要考虑耐压和耐流，同时考虑EMC。在此采用的是贴片整流桥MBL10S.MOS开关管V9选取的是LSD04N70，耐压最大700V，ID电流为4A。导通电阻0.93欧，为提高整体效率，相对该电阻越小越好。 辅助供电端的储能电解电容，之前经常选取铝电解电容YXF-50V-47UF，在此选用了镍电极贴片电容3225-X7R-22uf。同样起到储能作用。找到的一个不同类型电容对比图如下：
辅助整流管V4流过的电流较小，所以选取片状二极管US1M就可以了。输出额定电流1-1.2A，所以V2可选取快恢复的片状二极管ER2J。 FU1选取小尺寸的方块保险管2.5A/250V，RTI选取热敏电阻NTC22D-9，这两种都是对电路起到保护作用的防护器件。 四、画pcb板 直接上图如下：
一开始考虑画一个板，都放在一起，后来考虑这个电源，还可以扩出另一路来，实现双路输出，为了美观些，可以将控制部分和主电路部分分开画。将控制部分成一个小立板，焊接在主板上。 四、设计变压器设计参数： 输入直流电压90~500VDC; 输出直流电压5V;输出功率为5W,实际承受电流在额定220V时候可以达到1.2A;工作频率为6650/200=33.25kHz;变压器选用TDK的 PC40 材质设计。
这附图总结的反激变压器选型资料,从某磁芯手册节选。可以选用EE1614，EE1614的有效截面积Ae为19.2mm2。设计这款变压器可以通过表格公式计算得出，也可以借助仿真工具。
焊完后，为了调试方便，可以不将小板直接立在大板上，而是可以按照方便调试的方法焊接即可。
焊接完毕，就可以接下来进行调试了。 六、样机调试下面我把调试样机的过程和遇到的问题发给大家共享一下。调试出来这个产品不是那么的顺利。调试样机，首先准备以下调试设备：比如万用表，操作电源，示波器，电阻负载或者电子负载等。 空载上电，如果采用带限流保护功能的操作可调电源，将输入电压逐渐升高，并观测输入电流的变化，同时监测MOS的DS波形。一旦有异常，可以及时断电，尽最大程度的保护样机。 七、发现问题 空载上电没输出。考虑可能因素有：有件焊接错误或者PCB板画错了;某器件损坏;辅助绕组VDD供电不足;变压器未设计好……等。于是开始逐渐排查，用万用表测量电解电容上有电，焊接没有错误。 PCB板也没问题。 器件没有损坏。 VDD单独供电也无输出。 找电桥重新测量了下厂家给设计的变压器，发现没有问题。是按照自己设计的参数做的。甚至也仔细检查了下，担心自己设计的变压器就有问题。都没问题，结果就是没输出，有点发愁了，没想到一开始这个样机就给自己个下马威。只能再想还有什么问题。 我突然想到加点死负载看一下，于是加了死负载，结果样机输出很稳定的5.06V。 |
