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手把手教你设计反激电源式电源
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2017-11-16
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准备
在初次设计电源之前，应确保电源所采用的印刷电路板符合Power Integrations器件数据手册中指定的布局指南。如果在实验用面包板或原始样板上搭建设计的电路，会引入很多寄生元件，这样会影响电源的正常工作。而且，许多实验用面包板都无法承载开关电源所产生的电流水平，并可能因而受损。此外，在这些电路板上非常难以控制爬电距离和电气间隙。
所需设备
在本课程中，您将用到以下设备：
1.一个隔离式交流电源供应器或一个自耦变压器
2.一个瓦特表
3.至少四个数字万用表，其中两个具有高精度电流量程
4.一个带有高压探针的示波器
5.一个电流探针
6.还有您的实际负载
术语
本文将频繁使用的两个术语是“稳压”和“自动重启动”。当电源处于稳压状态时，控制器持续接收反馈，所有输出电压均保持稳定不变，并处于指定的容差限值内。自动重启动是Power Integrations器件中内置的一种保护模式。
处于稳压状态的输出
自动重启动
在工作期间，如果所消耗的功率大于电源所能提供的功率限值，或者在启动后，电源的输出电压在指定的时间内不能达到稳压，Power Integrations器件将进入自动重启动保护模式。这种设计通过限制电源在故障情况下提供的平均功率，可防止元件受损。
在测试期间，如果发现电源性能与本课程中所描述的情况不符，或者表现出任何异常特征，请停止测试程序，并参照其他PI大学故障诊断课程中的内容排查问题，或者联系当地PI代表解决问题。
设计信息
现在就可以开始测试了。下面，我们将以使用TinySwitch -PK器件的RD-1151参考设计电路板为例进行讲解。该电源用于DVD播放器，可提供7.5 W的连续输出功率，峰值功率为13 W.连续输出功率分为四路输出，它们包括：
3.3 V，500 mA
5 V，500 mA
正12 V，250 mA
负12 V，30 mA
目测
设计之前，应先目测检查电路板，确保所有极性组件都已正确插装。虽然这种情况并不常见，但一个元件插装错误却能导致破坏性故障。
即使在完成了元件插装检查后，我们仍强烈建议您在第一次设计电源时佩戴护目装置。确保所有极性组件都已正确插装。
禁用欠压锁存
第一步是检查电源能否在低输入电压下正确工作，因此您需要禁用Power Integrations器件的欠压锁存功能（如果已启用的话）。在大部分设计中，这意味着将UV电阻从电路板上卸除。在本设计范例中，UV电阻连接在DC总线和TOPSwitch -HX器件的M引脚之间。您需卸除这些电阻，使M引脚与源极短路。如果是其他产品，请参阅相应的器件数据手册，确定应使用的正确元件和禁用UV功能的方法。
极低电压工作
接下来，将两个短导线焊接到输入电容的负极和正极端子上，用作测试点。为了正确验证低电压工作情况，您需要在施加低AC输入电压的过程中，监测输入电容的输出电压和DC总线电压。将一个万用表连接到电路板的输出端子，并将另一个万用表连接到输入电容，利用两个测试点进行监测。这两个万用表都应设置为读取DC电压。
如果您的设计有多路输出，可将负载电阻连接到主稳压输出以外的任何输出。负载电阻的大小应能够吸收为每个输出指定的最小负载。这样可防止这些输出电压因峰值充电而超出规格范围。
如果没有为输出指定最小负载，那么选择电阻吸收5 mA的输出电流。将AC输入导线连接到电路板。确保AC输入正确连接到电源的输入端子，而不是连接到DC输出。AC输入连接错误可严重损坏电源。
在本测试中，您还需要测量AC输入功率。如果您有瓦特表，请参照其操作手册中有关如何安装到AC输入通道的说明，配置为测量AC电压、电流及输入功率。如果没有瓦特表可用，可将第三个万用表与AC输入串联，设置为测量AC电流。再将第四个万用表连接到电源输入端子，测量AC电压。
现在，确保自耦变压器或交流电源供应器设置为零，然后将其开启。将输入电压慢慢提高到约10 VAC.您应该可以在瓦特表或输入万用表上看到AC输入电压在逐步增大。如果没看到的话，应确认您的交流电源供应器是否配置正确。您还应该看到DC总线电压在您施加AC电压的过程中不断增大。
如果您使用的是瓦特表，稳态AC输入功率应小于15 mW.如果您使用的是两个万用表，稳态AC电流读数应小于10 mA.如果您看到输入功率或AC电流高于此值，那么说明您的电路板存在故障。关闭交流电源供应器，断开AC输入连接。
在上述情况下，持续提高AC电压会对电路板造成破坏性故障。有关确定和修复电路板故障的信息，请参见PI大学课程“修复无输出电压的反激式电源”。
启动和稳压
如果输入功率小于15 mW，则可继续将电压增大到50 VAC.观测DC输出电压，如果输出处于稳压状态、自动重启动状态，或者输出电压表上的电压读数大于0.1 V，则说明的电路板未受损且功能正常。
继续将AC输入电压增大至指定的最小输入电压。如果电源无法启动或达到稳压，请停止测试，并参照PI大学课程“修复输出无法达到稳压的反激式电源”排查问题。
现在，关闭AC输入，将输入导线从电路板断开，将输入电容放电至安全的电压水平。此外，将万用表从DC大容量电容断开。
MOSFET漏极开关波形
接下来，您需要监测漏极开关波形。断开电路板上的漏极走线，插入一个电流环。确保此断开点介于Power Integrations器件漏极引脚与箝位电路中的任何元件之间。这样可以确保探针只检测到MOSFET电流。
将一个1000 V或更大倍数的x100探针连接到MOSFET两端来测量开关电压。将示波器配置为以适当的比例同时显示电压和电流波形，并设置一个宽时基，以便在一帧图像上显示许多开关周期。例如，对于这个132 kHz设计，可将时基设置为每格50μs.
在初次设计电源之前，应确保电源所采用的印刷电路板符合Power Integrations器件数据手册中指定的布局指南。如果在实验用面包板或原始样板上搭建设计的电路，会引入很多寄生元件，这样会影响电源的正常工作。而且，许多实验用面包板都无法承载开关电源所产生的电流水平，并可能因而受损。此外，在这些电路板上非常难以控制爬电距离和电气间隙。
所需设备
在本课程中，您将用到以下设备：
1.一个隔离式交流电源供应器或一个自耦变压器
2.一个瓦特表
3.至少四个数字万用表，其中两个具有高精度电流量程
4.一个带有高压探针的示波器
5.一个电流探针
6.还有您的实际负载
术语
本文将频繁使用的两个术语是“稳压”和“自动重启动”。当电源处于稳压状态时，控制器持续接收反馈，所有输出电压均保持稳定不变，并处于指定的容差限值内。自动重启动是Power Integrations器件中内置的一种保护模式。
处于稳压状态的输出
自动重启动
在工作期间，如果所消耗的功率大于电源所能提供的功率限值，或者在启动后，电源的输出电压在指定的时间内不能达到稳压，Power Integrations器件将进入自动重启动保护模式。这种设计通过限制电源在故障情况下提供的平均功率，可防止元件受损。
在测试期间，如果发现电源性能与本课程中所描述的情况不符，或者表现出任何异常特征，请停止测试程序，并参照其他PI大学故障诊断课程中的内容排查问题，或者联系当地PI代表解决问题。
设计信息
现在就可以开始测试了。下面，我们将以使用TinySwitch -PK器件的RD-1151参考设计电路板为例进行讲解。该电源用于DVD播放器，可提供7.5 W的连续输出功率，峰值功率为13 W.连续输出功率分为四路输出，它们包括：
3.3 V，500 mA
5 V，500 mA
正12 V，250 mA
负12 V，30 mA
目测
设计之前，应先目测检查电路板，确保所有极性组件都已正确插装。虽然这种情况并不常见，但一个元件插装错误却能导致破坏性故障。
即使在完成了元件插装检查后，我们仍强烈建议您在第一次设计电源时佩戴护目装置。确保所有极性组件都已正确插装。
禁用欠压锁存
第一步是检查电源能否在低输入电压下正确工作，因此您需要禁用Power Integrations器件的欠压锁存功能（如果已启用的话）。在大部分设计中，这意味着将UV电阻从电路板上卸除。在本设计范例中，UV电阻连接在DC总线和TOPSwitch -HX器件的M引脚之间。您需卸除这些电阻，使M引脚与源极短路。如果是其他产品，请参阅相应的器件数据手册，确定应使用的正确元件和禁用UV功能的方法。
极低电压工作
接下来，将两个短导线焊接到输入电容的负极和正极端子上，用作测试点。为了正确验证低电压工作情况，您需要在施加低AC输入电压的过程中，监测输入电容的输出电压和DC总线电压。将一个万用表连接到电路板的输出端子，并将另一个万用表连接到输入电容，利用两个测试点进行监测。这两个万用表都应设置为读取DC电压。
如果您的设计有多路输出，可将负载电阻连接到主稳压输出以外的任何输出。负载电阻的大小应能够吸收为每个输出指定的最小负载。这样可防止这些输出电压因峰值充电而超出规格范围。
如果没有为输出指定最小负载，那么选择电阻吸收5 mA的输出电流。将AC输入导线连接到电路板。确保AC输入正确连接到电源的输入端子，而不是连接到DC输出。AC输入连接错误可严重损坏电源。
在本测试中，您还需要测量AC输入功率。如果您有瓦特表，请参照其操作手册中有关如何安装到AC输入通道的说明，配置为测量AC电压、电流及输入功率。如果没有瓦特表可用，可将第三个万用表与AC输入串联，设置为测量AC电流。再将第四个万用表连接到电源输入端子，测量AC电压。
现在，确保自耦变压器或交流电源供应器设置为零，然后将其开启。将输入电压慢慢提高到约10 VAC.您应该可以在瓦特表或输入万用表上看到AC输入电压在逐步增大。如果没看到的话，应确认您的交流电源供应器是否配置正确。您还应该看到DC总线电压在您施加AC电压的过程中不断增大。
如果您使用的是瓦特表，稳态AC输入功率应小于15 mW.如果您使用的是两个万用表，稳态AC电流读数应小于10 mA.如果您看到输入功率或AC电流高于此值，那么说明您的电路板存在故障。关闭交流电源供应器，断开AC输入连接。
在上述情况下，持续提高AC电压会对电路板造成破坏性故障。有关确定和修复电路板故障的信息，请参见PI大学课程“修复无输出电压的反激式电源”。
启动和稳压
如果输入功率小于15 mW，则可继续将电压增大到50 VAC.观测DC输出电压，如果输出处于稳压状态、自动重启动状态，或者输出电压表上的电压读数大于0.1 V，则说明的电路板未受损且功能正常。
继续将AC输入电压增大至指定的最小输入电压。如果电源无法启动或达到稳压，请停止测试，并参照PI大学课程“修复输出无法达到稳压的反激式电源”排查问题。
现在，关闭AC输入，将输入导线从电路板断开，将输入电容放电至安全的电压水平。此外，将万用表从DC大容量电容断开。
MOSFET漏极开关波形
接下来，您需要监测漏极开关波形。断开电路板上的漏极走线，插入一个电流环。确保此断开点介于Power Integrations器件漏极引脚与箝位电路中的任何元件之间。这样可以确保探针只检测到MOSFET电流。
将一个1000 V或更大倍数的x100探针连接到MOSFET两端来测量开关电压。将示波器配置为以适当的比例同时显示电压和电流波形，并设置一个宽时基，以便在一帧图像上显示许多开关周期。例如，对于这个132 kHz设计，可将时基设置为每格50μs.
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devy_lee
2021-02-02
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