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一个开关电源工程师的设计笔记(二)BOM表元器件选型_电容_元器件

萌界大人物 2024-10-16 23:37:41 0

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虽然已经选定了PI的innoswitch系列作为自己的设计方案。
但是到了详细设计我又须要确定利用innoswitch下面的那个系列的详细那款型号。

我当初做innoswitch的时候,还没有innoswitch3系列的芯片
但是就算这样innoswitch也有4个系列,详细什么差异怎么选型,实在是一个很痛楚的事情。
详细情形我乞助了PI的工程师,问了一下他们主力出货芯片的具体系列和详细型号。
inn2125K 是我的供应商能供应给我的唯一的货期及时的芯片。
也是PI innoswitch 对零售供应的最主力型号。
我能有什么选择呢?那就只有接管

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事实上,innoswitch CH CE CP EP 4个系列对应了四种不同的产品。
CH系列便是为了充电器设计了,拥有最小的bom表元器件数量。
不须要过流采样电阻。
CE是主力出货的零售产品系列,CP我不是很理解,但是EP拥有高压型号,算是正规的工业产品。
实在他们之间除了CH以外其他几个型号的差异并不是很大。
但是CH实在是被大量企业定制圈走了的。
我拿到的Inn2125K并不是产量真是最大的那种,只是对付小客户而言,有货。

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(图片来自网络侵删)

当然我对这些并不是很在乎,毕竟他们之间的差异并不是很大。

选定芯片便是选方案。
FAE给了我一份参考设计DER-471

把稳这里的版本号,必须是1.3以上的,由于1.2以下的版本电路图有错。
别问我为啥知道的,由于一开始fae给我的便是1.2版本

这是DER-471的电路图,我之后的先容就都会环绕这张电路图的BOM表展开

这张博大精湛的BOM表实在蕴含的功底之高,让人深感佩服。
PI的可靠实在便是PI的AE工程师真本事做出来的,每次当我创造我错了,那一定便是我没有把稳到这张BOM表上的细节。
一次又一次证明了PI工程师的强大。
其它人家的方案,其他人家的设计,可能真的不是设计弗成,但是他们的工程师绝对拿不出这么精细的一份BOM表。

第一个是元器件是桥堆BR1,DF206T-G 这个元器件我并没有选用,我选用的是ABS210,缘故原由很大略,充电头网上大量的充电器用的是ABS210,这个器件相对好买到。
规格上并无出入。
但是2A电流的桥堆为什么要用这么大,情由也很大略,一个是耗散功耗,一个是瞬态电流,一开始我不懂,后期我用pspice仿真下来真的有靠近2A的尖峰电流。
这是真的。
同时记得,如果没有压敏电阻的话,浪涌的级别也和桥堆大小有关。

第二个元器件是C1 33nf的 x2安规电容,正常的开关电源都是0.1uf的x2安规电容的,33nf的电容体积小了很多。
全体innoswitch2系列都是用的这种小容里的安规电容。
我选择的是 RIFA电容,由于RIFA的安规电容,在这个规格上有4mm厚度的,比常规产品要薄1mm

实在如果你仔细研究这些安规器件,你会知道,引脚的间距都是有哀求的,在高度大多数情形下不主要的条件下,厚度便是它们之间最紧张的差别了。
同时不要忘却它也是主要的安规器件,一分价钱一分货,如果质量差了会对emc有显著影响的。
顺带提一句,如果你不是固定负载始终连接着的话,这颗x2电容两个引脚之间最好加上放电电阻,由于安规里面有哀求,在撤掉电源情形下,电容的电压须要快速跌落,避免造成安全事件。

第三个元器件是C2 C3 15uf 400V的滤波电容,这个比较常见Nichicon开关电源滤波电容,这类电容实在分为四类,一类是LED照明灯用,一类是开关电源专用,一类是常用型号,一类是闪光灯用。
这里用LED适配型,和开关电源专用型号都是ok的。
他们紧张差异实在便是纹波电流。

PS,知道为什么开关电源利用的电解电容都是直插电容吗?由于比较贴片电解电容而言,直插电容拥有更小的PCB板面积,以是对付一款紧凑型的开关电源而言,直插电解电容式不二之选。

第四个元器件是C4 瓷片电容,把稳材质是x7r。
这个电容用来在启动的时候检测设定的innoswitch事情的电流大小模式。

当10uf的时候innoswitch低级事情电流最小

当1uf的时候innoswitch低级事情电流最大

当0.1uf的时候innoswitch低级事情电流正常

把稳,加电压会导致瓷片电容的容量低落,尤其是当你选择10uf的大容量瓷片的时候,压电效应尤为明显,以是当你在选择10uf大容量的电容的时候,请把稳选大一号封装

第五个元器件是C5 22uf 25v 这个电容是赞助绕组整流滤波电容,建议利用普通固态电容,是低esr的,但是不用那种特殊的超低esr电容。
几十个豪欧的esr电阻就够了,但是温度建议选择-40~125度的类型。
由于它在pcb板子布设的时候会比较随意马虎靠近变压器

第六个元器件是C6 100pf 50v NPO高频陶瓷 0603电容,常见元器件

第七个元器件是C7 1.5uf 25v X7R 0805 电容 这个容量值比较妖孽,折磨的我去世去活来的。
简而言之便是不好买,但是这个值又是必须的。
建议wurth申请样品。
封装可以改大一号选1206的也不是问题。
但是不能改小。
在innoswitch的手册上有对这个电容的详细先容,必须要用x5r或者是x7r的类型,否则如果温飘过大会导致系统的不稳定。

这是wurth上相同容量不同封装的两颗电容在不同电压下的实际容量曲线图,可以看到小封装的电容,在高压下容量缩水严重。
这便是说PI的说法又一次被验证了。
是精确的

第八个元器件C8 330p 50v x7r 0603 普通的瓷片电容比较好买的,50v耐压的都是常规备料。

第九个元器件2.2nf 200v x7r 0805 这是RCD电路中的高压电容。
建议选择2.2nf 630v的型号,嘉里创上面有卖。
我当初是按照他的建议选了200v的型号,pi该当是算过的,够用的。
但是我依然不放心。

第十个元器件是100pf Y1安规电容,一样平常普通开关电源利用的Y电容都是2200pf的。
innoswitch 2系列用的都是100pf的小容量安规电容,这个电容是跨接在低级与次级之间的。
如果它的容量小对emc不利,但是对付用户利用泄电流减小了,可是实实在在的福利,不随意马虎麻手了,利用更安全了。
这是innoswitch前辈的地方。
一开始选innoswitch的时候我并不知道。

第十一个元器件是 1.5nf 200v的 X7R 0805封装的,这里建议用NPO或者C0G的高频陶瓷,这个容量用高频陶瓷更加稳定,不随意马虎涌现开关电源随着温飘,导致的EMC特性改变。

第十二个元器件是 C12 C13 470uf 6.3V 黑金刚的固态电容,这个电容非常牛逼8mΩ的超低esr,黑金刚不给我供货。
情由是我用不到。
ok,我以第一次选了40mΩ旁边的黑金刚固态电容,纹波一塌糊涂,末了我换了别家的电容,ok全体输出纹波都太平了。
超低esr电容长期供不应求,当代开关电源的设计降落纹波的紧张手段便是靠超低esr固态电容实现的。
只不过店大欺客我又一次尝到了不好的滋味。
还好现在国产这类电容也能做,只是没有这么极度吧,10mΩ的固态电容我还是能找到的,替代上去问题办理。
同时须要解释一下的是黑金刚 红宝石 尼吉康的固态电容依然在绝对参数上有上风,比如极限esr和体历年夜小。
但是价格上,供货周期上一塌糊涂,小公司对他们而言议价能力太差。

PS:知道为什么大多数开关电源选择了100khz的开关频率吗?实在缘故原由很大略,大多数当代固态电容在100hkz的频率下,恰好达到了手册标称值的最低内阻。
如果要超过100khz,就可能须要换其他方案了,本钱效益曲线就不会太俏丽了。

第十三个元器件 C14 1000pf 100v NPO 0603 高频陶瓷,不懂为啥一定要用100v的,实在50v也是可以用的啦

第十四个元器件 C15 1uf 25v X5R 0805 实在这类电容都缺货,这个电容不懂为啥溘然降落了标准用了X5R而没有统一用X7R 。
虽然元器件缺货,但是依然建议利用,由于PI的手册上说了这个电容值,恰好可以降落部分输出纹波。
手册上真有写

第十五个元器件 D1 600V 1A RS1J 国产能买到,在手册上有详细解释不要用更高速的开关二极管,情由是太高速率的开关二极管会导致EMC变差,以是这里千万不要自作聪明选择更快的产品型号,例如 US1M。
SMA的封装是为了RCD电路散热选的。

PS:最近详细学习研究了RCD电路,发觉居然有人用了1N4007这样的工频整流二极管做RCD电路的钳位二极管。
缘故原由是快规复二极管的正向反应速率太快,导致一些不正常的尖峰。
产生不良的emc恶化影响。
许多设计都会选择玻封那种老旧的二极管型号,缘故原由就在此。

第十六个元器件D2 200v 1a 快规复整流二极管 DFLR1200-7 我选了一个国产型号。
Diodes这个牌子,采购说并不好买。
同样的这个二极管不建议太高速的型号,会导致emc恶化

第十七个元器件 F1 1A 慢熔保险丝,这个保险丝须要选用哪种盒装的型号,在华德旗下称之为2010封装,之以是用这种封装,紧张缘故原由还是为了符合安规,保险丝炸了之后,不会四处飞溅,导致其它元器件短路和破坏。
贴片型不推举。
我为这个事情专门翻过充电头网站,可以肯定险些所有的开关电源都选了这样慢熔断的盒装保险丝。
实在缘故原由便是安规里面也有这方面的哀求,保险丝炸了不能冒烟,不能有明火。

至于保险丝的电流值如何选择,这个很主要。
我又一次要佩服PI的工程师了。
由于如果这个保险丝容量太小,会影响做浪涌测试,大略的说,保险丝先炸了。
以是它的值不是随随便便选的。

第十八 十九个元器件是两个接线端子,我不用的以是忽略

第二十个元器件是L1 150uh 共模电感。
ok这是一个PI定制件,在PI的手册上有制作方法。
我一开始很傻很天真的认为我用大一点电感值比如1000uh的话滤波效果会更好一些。
事实上完备不是这回事。
滤波电感的值实在决定了滤波电感的材质150uh 就该当用镍芯,如果是1000uh便是锰芯的磁环了。
这完备便是两种东西。
补偿的频率完备不同。
普通的开关电源都是用的锰芯的大电感值共模电感,一样平常10mh~20mh。
但是innoswitch真的很分外,它选用的是镍芯。

说一句话,EMC实在是该当随着电源走的,由于开关电源的高电压开关浸染,永久都是最大的那个噪声源,但是噪声是集中在高频还是集中在低频,这是由芯片公司设计决定的,由于他们可以利用一种称之为频率抖动的技能,让噪声集中在高频或者低频,方便你滤波。
以是大多数情形只要吧准磁芯的类型就不会错。

至于共模电感是选择,UU型的还是O型磁环。
这里我有一个小研究

UU型共模电感

第一,价格便宜

第二,制造大略,只须要大略的机器就能绕制

第三,耐压高

第四,体积相对付磁环要大

第五,电感的电流要比磁环小

第六,有底座安装方便

第七,有漏感问题

O型磁环共模电感

第一,价格贵

第二,体积小,可以在T6(外径6mm)这个尺寸的体积下做出100uh的共模电感。

第三,须要适配底座,这样价格就更贵了

第四,制作的时候须要飞梭,制造工艺繁芜

第五,特性完美不存在漏感,磁饱和等问题

第六,通过电流大

第七,耐压不易做高

惊人的T6磁环,三层绝缘线和普通漆包线双线并绕,牛逼啊,innoswitch系列的方案普遍利用了这类超小体积的共模电感。
我由心底的佩服PI,由于正常的UU9.5的共模电感那个体积占用不是一样平常的惊人。

第二十一个元器件 L2 220Ω 0.3A 1206 贴片电感,这个是wurth的标准件,紧张浸染是为了和电源负极100uh L3电感 做对应补偿的。

第二十二个元器件 L3 100uh 0.49A 这个电感是传统的工字形电感,这个电感值不能选的太大,如果选的太大就会导致在低电压85V输入的时候,无法通过足够大的电流,由于电感对大电流的抑制能力很强。
85VAC低电压下恰好是开关电源事情电流最大的情形。
同时这个π型滤波电路中的电感,用在了电源的负极,缘故原由手册上也有说,那便是为了让正极的安规电容放电让路。
ok PI够严谨

C2 L3 C3这三个元器件事实上组成了一个三阶滤波器,紧张是用来滤除差模旗子暗记的。
如果你为了节约PCB板子面积,完备可以用一个大容量的电容替代这三个元器件。
但是相对应的便是差模旗子暗记的变糟糕。

第二十三个元器件60V 11A Nmos Si7460DP Vishay 这货不好买啊,我的采购买的很辛劳,而且供货价格也不好,被换国产型号了。
但是把稳PI的手册上又说了,这个同步整流的mos管,不建议导通电阻太小,由于如果导通电阻太小,反而会导致EMC性能的变差。
ok我又被教诲了。

把稳这个mos管有用两种封装形式的,一种是传统的soic-8,其余便是新型的PAK封装了。
这两种封装的紧张差异是soic-8封装芯片下面能走线,但是散热不如PAK PAK散热好,但是不可以芯片下面走线,以是有许多电源适配器厂家选用便是soic-8封装的mos管,由于他们须要额外的QC快充协议芯片

第二十四~第三十六。
这些都是贴片电阻,按照规格买便是了,只不过百分之一的电阻交货周期不太好。
要把稳了,封装决定一个电阻的耐压与功耗,以是PI推举的电阻封装千万不要改小,只能改大,牢记牢记

第三十六个元器件 NTC 5Ω 1A 我选的是5D9 国产型号。
这也是安规器件,和浪涌有关,不要选体积太小的型号

第三十八个元器件 变压器,我定做的是rm6磁芯的变压器.这个我会专门分一期详细讲解

第三十九~第四十一 测试点,我不须要的

第四十二个元器件,U1 我用的是 INN2125K innoSwitch CE系列中瓦数最大的哪一款。
实际利用中创造这个神一样平常的ReSOP -16B封装绝对是精心设计过的。

第一,元器件的管脚间距是有安规哀求的,这个ReSOP -16B完备符合

第二,芯片是不能贴PCB的,这个ReSOP -16B完备符合

第三,芯片的正反面都不许可有金属袒露,否则初次极的安规哀求就无法知足。

PI全体设计都是掐着安规走的。

第四十三个元器件 VR1 15v 5% 150mW 松下产品,鬼畜般的ssmini-2封装,这货基本就没法量产购买到。
选了个国产sot523封装的贴片稳压管顺利更换了。
这个二极管的浸染是起到保护浸染的,平时是不事情的,以是可以选用sot523这样的超小耗散封装。
PI的人又一次存心选了器件。

正张bom表理清楚往后,我充分的意识到了。
一款开关电源的好坏,实在并不仅仅是你选了一个好方案,或者好的电路,而是你对全体供应链的把控。
我来说说那些不好买的

在我设计这款开关电源的时候,正恰逢,全体电子行业元器件慌。
0.1uf~10uf的瓷片电容全部缺货。
10mΩ ESR电阻的固态电容大公司根本不供货。
T6的磁环的共模电感便是个定制货。
难倒了我好几个供应商伙伴。
宽温事情范围的磁芯,拿货都困难。
定制的变压器安规骨架,都不是好搞得东西,但是没有这些东西。
就没有优质的开关电源。

PS:你仔细不雅观察那张bom清单上的贴片电阻电容,大量都是非常用规格,有的是耐压不对了,是超过50V标称的高耐压瓷片电容,有的是封装大一号,有的是阻值容值比较妖孽,不是常规阻值容值。
以是这对采购实在提出了很高的哀求。

如果你把之前电路中的emc 还有那些小容量的补偿电容电阻去掉,换用普通的常温磁芯变压器,还有独立电容输入滤波,输出也用普通的低esr电容滤波,结果便是便宜了几块钱,然后要花几十块钱去救,得不偿失落,PI的可靠便是每一个你没有想到的,别的厂家不把稳的地方,他们都给你想到了,他们都给你算好了。
这便是为什么这么多白电厂家为了产品稳定可靠,都同等选择了PI的缘故原由。
随手翻翻别人家的datasheet手册,或者是参考设计,你基本就明白了。
不比不知道,一比吓一跳。

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