開關(guān)電源工程化設(shè)計與實(shí)戰(zhàn)：從樣機(jī)到量產(chǎn)彩色印刷

序

作者簡介

第1 章　單級功率因數(shù)校正（PFC）電路工程化設(shè)計…………… 1

1.1　功率因數(shù)（PF）的歷史淵源 …………………………………………… 1

1.1.1　有功功率、無功功率及其他概念 ……………………………… 5

1.1.2　相移因數(shù)和THD 的各自影響 …………………………………… 7

1.2　現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000—3—2 及其他 ……………………………………10

1.3　PF 與THD ………………………………………………………………12

1.4　信息技術(shù)類和LED 照明產(chǎn)品現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于PF 的要求 ………………14

1.5　產(chǎn)品真地需要這么嚴(yán)格的PF 要求嗎 ……………………………………18

1.6　PF 與THD 優(yōu)化的工程化方法 …………………………………………20

1.6.1　填谷式PFC 電路 …………………………………………………21

1.6.2　電荷泵PFC 電路 …………………………………………………23

1.6.3　電荷泵填谷PFC 電路 ……………………………………………25

1.6.4　升壓有源功率因數(shù)校正（APFC）電路 …………………………25

1.6.5　單級反激式APFC 電路和雙級APFC 電路 ……………………27

1.7　單級PFC LED 驅(qū)動電源工程研發(fā)實(shí)例 …………………………………30

1.7.1　LED 驅(qū)動電源一般性能指標(biāo)要求 ………………………………30

1.7.2　元器件工程化設(shè)計指南 …………………………………………30

1.7.3　Mathcad 理論計算 ………………………………………………65

1.7.4　實(shí)物驗證分析 ……………………………………………………68

1.8　頻閃以及去紋波方案 ……………………………………………………87

1.8.1　頻閃的背景 ………………………………………………………87

1.8.2　晶體管消除紋波方案 ……………………………………………90

1.8.3　MOSFET 消除紋波方案 …………………………………………93

1.8.4　ASIC 方案 …………………………………………………………93

1.9　主流芯片概覽 ……………………………………………………………94

目　錄

VI 開關(guān)電源工程化設(shè)計與實(shí)戰(zhàn)—從樣機(jī)到量產(chǎn)

1.10　參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………96

第2 章　PFC 和反激準(zhǔn)諧振（R）組合電源的工程化設(shè)計………… 97

2.1　準(zhǔn)諧振的起源 ……………………………………………………………97

2.1.1　永恒的話題—能效 ……………………………………………97

2.1.2　現(xiàn)行主流能效標(biāo)準(zhǔn)一覽 …………………………………………98

2.1.3　如何提升效率并滿足能效等級要求 ………………………… 104

2.2　R 的工作原理深入解析 ……………………………………………… 111

2.2.1　波形振蕩的定性和定量分析 ………………………………… 111

2.2.2　定性以及定量分析兩個振蕩的頻率 ………………………… 113

2.3　R 的工作原理和實(shí)現(xiàn)方式 …………………………………………… 113

2.3.1　谷底的意義 …………………………………………………… 113

2.3.2　第一個谷底 …………………………………………………… 115

2.3.3　R 操作的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) ………………………………………… 120

2.3.4　R 具體轉(zhuǎn)換過程中的4 個時序區(qū)間 ………………………… 125

2.3.5　 多個谷底，從滿載到輕載時頻率控制方式—不同芯片的設(shè)計

方式 ………………………………………………………………… 131

2.3.6　RCC 與R 的關(guān)系 ……………………………………………… 134

2.4　R 反激變換器中變壓器的工程化設(shè)計實(shí)例 ………………………… 135

2.4.1　一次繞組和二次繞組的匝比 ………………………………… 135

2.4.2　反射電壓的選擇 ……………………………………………… 137

2.4.3　一次電流峰值計算 …………………………………………… 138

2.4.4　一次側(cè)電感量計算 …………………………………………… 139

2.4.5　一次、二次電流有效值計算 ………………………………… 139

2.5　Boost APFC +R 反激變換器拓?fù)涞难邪l(fā)工程實(shí)例 ………………… 140

2.5.1　本項目主要指標(biāo) ……………………………………………… 142

2.5.2　器件參數(shù)計算和選型 ………………………………………… 142

2.5.3　Mathcad 理論計算 …………………………………………… 148

2.5.4　電壓環(huán)和電流環(huán)分析 ………………………………………… 152

2.5.5　實(shí)測波形 ……………………………………………………… 156

2.6　主流芯片概覽 ………………………………………………………… 176

2.7　其他雙級式電源 ……………………………………………………… 177

2.8　參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………… 178

第3 章　LLC 諧振變換器工程化設(shè)計…………………………… 179

3.1　LLC 的起源 …………………………………………………………… 179

目　　錄VII

3.1.1　LLC 的起源和重新得到重視 ………………………………… 179

3.1.2　零電壓開關(guān)（ZVS）和零電流開關(guān)（ZCS） ………………… 179

3.1.3　基本諧振拓?fù)浔容^ …………………………………………… 181

3.2　LLC 現(xiàn)有的分析方法及不足 ………………………………………… 194

3.2.1　兩個諧振頻率的由來 ………………………………………… 194

3.2.2　通俗易懂介紹FHA …………………………………………… 195

3.2.3　現(xiàn)存各種各樣的LLC 設(shè)計參考資料 ………………………… 197

3.2.4　FHA 的缺陷和誤差 …………………………………………… 200

3.3　工作狀態(tài)的變化 ……………………………………………………… 202

3.3.1　不同情況下的增益 …………………………………………… 202

3.3.2　ZVS 實(shí)現(xiàn)的條件 ……………………………………………… 205

3.3.3　上諧振或下諧振的選擇 ……………………………………… 206

3.4　LLC 簡化設(shè)計步驟 …………………………………………………… 207

3.5　LLC 的仿真定性分析 ………………………………………………… 207

3.6　實(shí)物驗證 ……………………………………………………………… 217

3.6.1　器件選型 ……………………………………………………… 219

3.6.2　樣機(jī)實(shí)測波形 ………………………………………………… 227

3.7　主流芯片概覽 ………………………………………………………… 239

3.8　參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………… 241

第4 章　電磁兼容（EMC）工程化設(shè)計………………………… 243

4.1　基本概念 ……………………………………………………………… 243

4.2　其他容易混淆的概念 ………………………………………………… 246

4.2.1　IEC、CISPR、FCC、EN 之間的關(guān)系 ……………………… 246

4.2.2　CE 與EMC …………………………………………………… 248

4.2.3　FCC 與EMC …………………………………………………… 249

4.2.4　UL …………………………………………………………… 249

4.2.5　CCC、CC 與EMC …………………………………………… 249

4.3　EMI（傳導(dǎo)和輻射）最新限值 ……………………………………… 251

4.3.1　A 類和B 類 …………………………………………………… 251

4.3.2　EN55032、EN55035 和RED ………………………………… 252

4.3.3　FCC Part15 和 Part18 ………………………………………… 256

4.4　EMI（CE+RE）測試過程中遇到的問題 …………………………… 257

4.4.1　測試場地、機(jī)構(gòu)資質(zhì)、人員的素質(zhì) ………………………… 257

4.4.2　6dB 裕量的故事 ……………………………………………… 258

4.4.3　EMI 測試過程的小技巧 ……………………………………… 260

VIII 開關(guān)電源工程化設(shè)計與實(shí)戰(zhàn)—從樣機(jī)到量產(chǎn)

4.4.4　無線法和CDN 法的對比 ……………………………………… 260

4.5　工程設(shè)計中EMC 的考慮 …………………………………………… 263

4.5.1　EMI 與產(chǎn)品成本的關(guān)聯(lián)度 …………………………………… 263

4.5.2　EMI 考慮總的原則 …………………………………………… 265

4.5.3　地線的干擾以及PCB 走線的影響 …………………………… 266

4.5.4　變壓器的屏蔽與工藝實(shí)現(xiàn) …………………………………… 268

4.5.5　MOSFET 驅(qū)動電路的影響 …………………………………… 269

4.5.6　MOSFET 寄生電容的影響 …………………………………… 270

4.5.7　工作頻率的選擇 ……………………………………………… 270

4.5.8　差模、共模干擾和抑制方法 ………………………………… 271

4.5.9　隔離保護(hù)環(huán) …………………………………………………… 273

4.5.10　數(shù)字電路中的電源和地 ……………………………………… 273

4.6　具體實(shí)例分析 ………………………………………………………… 274

4.6.1　器件及參數(shù)的影響 …………………………………………… 274

4.6.2　系統(tǒng)接地與否的影響 ………………………………………… 280

4.6.3　變壓器外屏蔽的影響 ………………………………………… 283

4.6.4　EMI 測試L、N 線差異 ……………………………………… 285

4.6.5　神奇的磁環(huán) …………………………………………………… 285

4.6.6　調(diào)光及功率變化的影響 ……………………………………… 288

4.6.7　一個完整的LED 球泡燈EMI 傳導(dǎo)整改過程 ……………… 290

4.7　本章小結(jié) ……………………………………………………………… 298

4.8　參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………… 298

第5 章　電源設(shè)計小技巧和工程化經(jīng)驗方法…………………… 300

5.1　啟動時間和效率以及VCC 供電技術(shù) ………………………………… 300

5.1.1　待機(jī)功耗的降低 ……………………………………………… 300

5.1.2　快速啟動設(shè)計 ………………………………………………… 302

5.1.3　電荷泵輔助電源供電技術(shù) …………………………………… 303

5.2　保護(hù)相關(guān)技巧 ………………………………………………………… 309

5.2.1　LED 電源中的抗浪涌設(shè)計 …………………………………… 309

5.2.2　電源軟啟動和抗飽和設(shè)計 …………………………………… 311

5.3　電源性能相關(guān)技巧 …………………………………………………… 311

5.3.1　LED 燈出現(xiàn)關(guān)機(jī)回閃或開機(jī)多次啟動 ……………………… 311

5.3.2　電源低溫或高溫時的設(shè)計技巧 ……………………………… 312

5.4　非隔離類輔助電源設(shè)計指南 ………………………………………… 312

5.5　其他設(shè)計雜談 ………………………………………………………… 315

5.5.1　電解紋波電流測試 …………………………………………… 315

5.5.2　待機(jī)功耗測試具體要求 ……………………………………… 317

5.5.3　元器件噪聲和振動處理 ……………………………………… 317

5.5.4　反激多路輸出計算 …………………………………………… 321

5.5.5　平面MOSFET 和超結(jié)MOSFET ……………………………… 323

5.5.6　取代電解電容 ………………………………………………… 326

5.5.7　磁心幾何形狀的影響 ………………………………………… 328

5.5.8　電網(wǎng)對電源的影響 …………………………………………… 329

5.5.9　輸入開機(jī)浪涌電流的意義 …………………………………… 333

5.5.10　電感失效問題 ………………………………………………… 337

5.5.11　測試報告的規(guī)范化 …………………………………………… 338

5.5.12　LED 驅(qū)動電源和適配器電源測試項目異同 ………………… 339

5.5.13　對標(biāo)準(zhǔn)的理解和批判 ………………………………………… 340

5.5.14　開關(guān)電源PCB 設(shè)計實(shí)際經(jīng)驗 ……………………………… 342

5.5.15　從研發(fā)到量產(chǎn)的過程 ………………………………………… 345

5.5.16　專業(yè)英語的重要性 …………………………………………… 350

5.6　參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………… 351