发布时间 : 星期五 文章反激式开关电源设计与测试步骤（精）更新完毕开始阅读6a0072afc9d376eeaeaad1f34693daef5ef713d6
初次设计反激电源式电源步骤 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
第1章：术语
本课中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。有关特定的自动重启动导通时间，请参见相关的Power Integrations器件数据手册。
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。 第2章：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 第3章：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 第4章：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。 第5章：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”。 第6章：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。 第7章：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50 μs。 第8章：负载主输出
现在，将一个电子负载连接到电源的主输出，确保负载设置为零。将两个万用表连接到该输出，一个连接到输出端子来测量输出电压，另一个与电子负载串联来测量输出电流。用精度最高的万用表来测量输出电流。
重新将AC输入导线连接到电路板，确保自耦变压器或交流电源供应器设置为零。现在，接通AC输入，慢慢将电压增大至电源的最小指定输入电压。慢慢将电源的负载增大至满功率的25%。输出电压应维持在指定稳压容差范围内。继续将负载提升到满载。输出电压应保持稳定，并处于稳压限值范围内。 第9章：满载工作
如果您的设计采用多路输出，请关断AC输入，拆下早前安装的最小负载电阻。将所有这些电阻都分别替换为电子负载，直到您电源的所有输出都加有负载。如果此时没有电子负载可用，请参照电力电子装置导论课程了解更多负载选项，以及如何替代它们的信息。 按照前面所讲的方法，连接两个万用表来监测每个输出的输出电压和电流。本设计总共有4路输出，因此总共需要8个万用表，其中至少4个应具有高精度电流量程。这种配置便于进行快速测量。如果没有足够的这种万用表可用，可以用一个万用表来测量所有电压，方法是将它轮流连接到所有输出，分别测量电压，一次测量一个输出。
将所有负载设置为从每个输出吸收少量的电流，避免峰值充电的发生。再次将AC输入归零，然后接通，慢慢将输入增大至电源的最小工作电压。从主输出开始逐个慢慢增大每个输出的负载，以达到该输出的额定满载点，直到电源的所有负载都提供指定的满输出功率为止。 此时，您的电源提供最大连续输出功率。所有输出都应保持稳压，并且处于指定的容差限值范围内。否则，请停止测试，参照PI大学故障诊断课程中的内容来排查问题。如果电源已进入自动重启动模式，请参见PI大学课程“修复无法提供满功率的反激式电源”。 第10章：检验效率
当电源在最大连续负载和低压状态下运行时，对电源执行快速效率测量，并将测量结果与PI Expert指定的目标值进行比较。如果发现测量的效率低于预期的5%以上，请参照PI大学故障诊断课程中的内容排查问题。 第11章：峰值漏极电压（高压）
接下来，减小示波器的时基，并在漏极电压的上升沿触发。将示波器设置为正常触发模式，然后缓慢增加触发电平，直至示波器在MOSFET电压出现最高峰值时偶尔触发。
利用示波器的光标测量MOSFET在此峰值时的最大电压。现在，缓慢将AC输入电压增加到最大输入电压，增加50 V后暂停，以增加触发电平，然后测量最高峰值。
一旦所测得的峰值漏极电压超过650 VDC，则应停止增加输入电压，以防止该电压超过MOSFET的最大额定电压。如果在被迫停止前尚未达到最大输入电压，则说明您的箝位电路可能设计有误，或者变压器漏感超过了预期值。请先解决这一问题，然后再继续下一操作。 第12章：欠压锁存
接下来，将各输出负载降至最低，然后切断AC输入。如果您的设计中包含UV检测电路，则请重新连接该电路。此外，应将一个万用表连接到输入大容量电容两端，设置为测量DC电压。将AC输入归零并接通，然后缓慢增加电压，直至DC总线电压达到UV阈值的下限。 电源的启动电压应介于根据Power Integrations器件及您的UV电阻的容差所定义的两个限值之间。而且，电源在电压达到您设计的最小AC输入电压之前应能启动。
在我们的设计范例中，电源应在DC总线上的78 V到105 VDC电压范围内启动，这由电阻和器件UV电流阈值的容差所定义。