【文原创】六级能效反激开关电源设计要点

本帖最后由 hwx-555 于 2015-8-27 16:56 编辑

一、待机功耗
        以美国能效要求为例，要求49W以下空载功耗为0.1W，大于49W空载功耗为0.21W；欧盟49W以下为75mW，大于49W为150mW。在设计电源时，相对于75mW的空载功耗，必须要精打细算到每个细节上。 以下几点为显在的固定消耗点：
        1，Vcc启动回路
        2，X电容放电回路
        3，IC Vcc供电回路
        4，电压（电流）检测环路
        5，假负载

首先，新出的IC大多具有HV启动关断功能，启动后关闭启动电阻回路，避免此回路损耗。当然，这属于IC原有功能，不在本贴的主旨中，这里一带过，同时后面的一些延伸也会用到此引脚，顺带一说。如下：







当没有HV启动功能的芯片时，Vcc只能尽量大启动电阻，大的启动电阻又需要较快的启动时间时，可以这样做,Vcc两级DC接法,C16用于启动储能，C14用于辅助供电储能,使启动时较大R的情况下C能更快充到IC启动阈值：

        

                                


        

        

        X电容放电
        IEC60950要求1S内电压下降到37%
        IEC60065要求2S内电压下降到35V以下
        

        例，
        按第1条，X电容放电时间常数RC需小于1，
        设X电容为0.33uF,Rx*Cx<1,那么Rx<3MΩ，由于电容量存在20%误差，那么此电阻选值留足裕量，那应在Rx*0.7内，约2MΩ。
        电阻损耗，
        PR=U2/R，设ACmax=264V
        PR=2642/2M
        PR=34.8mW
        

        CoC要求49W以下75mW待机或DoE要求49W以下100mW待机，不管那个标准，这部份的损耗都显得巨大。怎么办，使用更小的X电容（当0.1uF以下，可以不使用放电电阻），或想办法让这个R更灵活一点，如下：

1，在断电后，利用IC的HV脚对Cx进行放电

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2015-9-6 13:51 上传

2，没有HV启动脚，将启动电阻接到X电容放电电阻中点，断电后，利用IC的Vcc脚帮助放电，可减小X电容两端电阻的放电功率：

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2015-9-6 13:48 上传

3，把EMC元件后移动，AC端不放X电容：

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2015-9-6 13:48 上传

        







本帖最后由 hwx-555 于 2015-9-6 13:55 编辑

Vcc供电







尽量小的Vcc限流电阻，减小损耗。一般拥有较宽的Vcc的芯片，只要Vcc电压在要求范围内，供电可不用限流电阻，

较小的电压标测环流，如图流经R11、R16的静态电流。
图中两电阻75K+7.5K，回路静态电流约U/R=0.3mA, I²R约7.5mW。
如设为47K+4.7K，则U/R=0.49mA, I²R约12.5mW。
所以在环路允许的情况下，建议选取较大值。

假负载
一般为了稳定环路在输出预加一定的假负载，在目前6级能效来说，几乎不能接受，假设一个5V1A的电源预加1KR电阻假负载，实际消耗P=U²/R，实际上消耗25mW的功耗，已占COC待机要求的1/3。
所以要稳定，设整合适的环路才是正道。

不是限流，是对宽电压输入作一定的平衡
也对瞬时浪涌电压有限制作用

IC工作时电流认为是恒定的所以电阻作用之一是来用调节IC的VCC范围

楼主，请教下；目前碰到一个问题就是VCC整流二极管串联的电阻如果用1206贴片的就烧掉了，必须用插件的.产品方案是OB3330，,输出功率75W。

Vcc 电压多少V

谢谢您的及时回复！  VCC电压在16V左右。VCC电容用的是22UF，VCC整流二极管是贴片的M7.

烧坏电阻，一是取电电压高，一是消耗电流大。
看实际线路

曾经遇到次问题，只有个别产品会出现类似的情况。初步怀疑ic的控制出现故障

1206的贴片电阻，做VCC限流用，一般都不宜过大，经验所得，10R最大了，再大就容易烧。

楼主,你上传的资料，写的是49W以下，欧盟的CoC Version5.0 Tier2的要求是75mW以下，49W以上是150mW.
要求是75mW的待机，如果不做个60mW以内的待机，还真不好保证批量都小于75mW;

本帖最后由 hwx-555 于 2015-8-27 16:56 编辑

是的，修正下。当然数值不是主要，关键在实际方法。

独立的高压启动，突发模式， 本帖最后由 hwx-555 于 2015-9-1 09:33 编辑

待机小结：
1，从功耗上来说，极大一部份来自于高压启动回路，可以从芯片功能选择，启动取电的设计，储能与Vcc的区分来实现较低的消耗。
2，线路中所有元件均存在消耗，所以，对各部份具体核算功耗，再尽可能降低。
3，选用具有突发模式的IC，待机处于突发模式，损耗降低明显。

二、效率
涉及效率，几乎包含了电源的整个系统设计，从整流到变压器转换，再到整流DC输出所有有电流过的地方都涉及损耗，包括EMI的抑制。要提升效率就是提升整个系统设计的合理性和平衡。不再大范围讲解，主要讲述一些重点和我们容易忽略的一些细节。

本帖最后由 hwx-555 于 2015-8-27 09:56 编辑



桥堆


桥堆的损耗是否有注意到，如下同是KBL06，有不同的Vf：
        下面为ST品牌，同参数下Vf要低0.1V

        

        
        

        

        
        

        
Pdiode=Vf*Iavg input curretn        常被忽略的参数，其实一直在侵食我们的效率。

本帖最后由 hwx-555 于 2015-8-27 09:27 编辑

   输出整流二极管

                             


        输出整流D5选用更低Vf的二极管，CCM下需要更快的Trr，如肖特基。
        Vf直接影响损耗及发热
        较低的Vf会有小的Pd=Vf*Iout
        如下，同品牌在同等条件下参数对比：
        MBRB20100CT   Vf：0.95V
        MBR20H100CT   Vf：0.88V
        损耗差Pd=（0.95-0.88）*Iout
        当然实际使用电流下的Vf并不一定为上面标称值，但两者的差别对比，在设计效率上应尽量用更低Vf整流二极管。
        

本帖最后由 hwx-555 于 2015-8-27 09:49 编辑

变压器

对变压器的几点要求：
1，尽量低的漏感，可降低损耗,设漏感为Lkp
Plk=(1/2*Lkp*Ipk2)*F   注红色上标
在确定的F情况下，较低的Ipk和Lkp可得到较低的漏感损耗
改善方法：
增加耦合面，用三明治或五明治绕线
副边较粗的线从Bobbin两端出线，不要横跨线包到Pin脚，减少后面绕组的间隙，降低漏感
2，铜损、铁损
平衡两方损耗，监测两方面的温升，调整线匝及气隙，使温升平均
尽量绕满绕线窗，最大利用变压器功率密度

合理的EMI
一般60W及以下产品设计合理的情况下，初级一个大感量共模，次级一个小共模可满足一般IT类同等的EMI要求

从效率和EMI考虑上，变压器线包内屏蔽建议用2个铜箔分隔三明治中的初次级，如再增加屏蔽效用不高
合理处理MOS及二极管上的高频噪声，一般串磁珠是较高效低成本的应用
初级大电解并瓷片电容，对噪声有很好滤除作用


本帖最后由 hwx-555 于 2015-9-1 09:48 编辑

PCB Layout

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2015-9-1 09:56 上传

于效率上的影响，PCB上大的环路线路要短，线宽，尽量小的环流面积。
特别次级DC侧，电流要比初级大得多，线宽要控制好。35um 2mm宽1A电流走线(露铜上锡宽度减半)，达不到的地方用露铜上锡加粗或在板面上加跳线增大电流。

本帖最后由 hwx-555 于 2015-9-1 09:56 编辑

国产个别产品有1.2-1.3v

正在补充内容。

针对六级能效，目前新IC推出很多特色功能来提升待机和能效，能满足我们应用的IC非常多，基本有几个特点：
待机方面
1，低启动电流，目前uA级的6Pin。或具HV独立启动的8Pin
2，轻载突发模式
效率方面
1，频率反走
2，低压升频（变压器可用较少规格）

讲的很详细，赞一个

频率反走是啥意思？

负载小，频率降低

哦哦，谢谢

写的很好的帖子！

好贴，学习

我也整了个6级的，12v4A,目前感觉启动电阻消耗不少，加大后265v也能在100mW以下，90左右，没有用快启电路，低压100V时启动要13秒左右

可以贴参数上来看下。

弱弱地问一句：Version 5 翻译成6级能效？如老外的5楼即我等之6楼？这个意思？

内容包括美规的VI 6级，欧盟的V 5级，标题以六级，看帖明白意思就行

目前做电源的基本都可以做到COC-T2标准，国内目前好像还没有能效要求这一说法，楼主总结的很好

讲得比较详细  不错。。。顶楼主

感谢楼主的讲解，对电路各部分拆分讲解，详细并清晰。要有一个实物及测试数据就更好了

不错的总结！

谢谢楼主分享啊   

不错学习了，不过我们测试待机能效通常在AC240V的条件下测试。

已经汇总。

六级能效说真的，有点不合常理，0.01W一年都用不了二块钱电费，反而增加了10块钱的产品成本

10块有点夸张，相对来说增加几毛钱，我们能效5转能效6的，60W以下每款增加成不超过1块，有的没有增加

主要是新开一个电源又要重做CB/GS/Q-MACK/CE认证，单价成本就上去了

请问你们有没有做5V60W的产品？我有需求

长远来说是有好处，有利于推动技术前进。

讲解的很细致，学习了。

总结的真好

收益多多。

6级能效同步整流芯片国内第一品牌LP3520/3515

不错，

支持一下楼主

支持，好好学习

支持，好好学习

感谢！楼主总结的太好了！六级能效反激开关电源设计要点，顶！

看完有点受益