電源設計提示與技巧

大多數電子工程師是可以根據主要原則而進(jìn)行AC/DC電源設計的，但只有通過(guò)對設計的仔細的優(yōu)化，才可以取得真正的可靠性和效率的改進(jìn)。這里，XP Power把它在30至450W電源產(chǎn)品中開(kāi)發(fā)與使用的一些優(yōu)化技術(shù)拿來(lái)與大家共享，而開(kāi)發(fā)這些30至450W電源產(chǎn)品是為了滿(mǎn)足業(yè)界內以最小的結構因子來(lái)實(shí)現的某些最嚴格的要求。

基本的機械考慮：瞄準業(yè)界標準的機械外形就可以使您的電源使用于范圍廣泛的各種應用。使接線(xiàn)端子和熔絲方便操作，也將提升它的吸引力，而在濾波器網(wǎng)絡(luò )中使用疊放的電感和電容，是一種使有效空間最大化的好方法，同時(shí)也優(yōu)化了電磁兼容性(EMC)的能力。而且，這個(gè)使用于低壓電路布圖的同樣方法是應該被擴展到電源方面的；設法保證元件的布局遵循一種“左進(jìn)-右出”的流程，使電源的生產(chǎn)與測試比較容易。
 
圖1  疊于電容頂部的電感使有效空間最大化
 
圖2  受到電擊穿的電解質(zhì)正被推向兩側，展示了“自修復”的能力(“X”表示當電弧爆發(fā)外沖時(shí)使金屬箔移除的那個(gè)區域)

輸入端的無(wú)源元件：輸入級中的濾波器和電容是必不可少的，這些元件在總體可靠性方面也起到了關(guān)鍵性的作用。但切不可遐想而使用最小型的元件，因為我們已經(jīng)知道陶瓷電容對輸入尖峰電壓是極其無(wú)能的。另一方面，金屬化聚丙烯電容不僅可以承受尖峰電壓，而且表現出了“自修復”的特性，意思是，電源保持照常工作，這就彌補了相對于陶瓷電容的任何尺寸方面的代價(jià)。

足夠大的鋁電解電容將保證在輸入端的短時(shí)間電壓突變不會(huì )導致輸出電壓的跌落。通過(guò)選用其額定值大約為最大額定電壓120%的電容，就可以經(jīng)受較長(cháng)的工作期限。而且，我們也使用其規范比必需的溫度額定值更高的器件，這也將延長(cháng)工作壽命。電解電容有20ms數量級的保持(hold-up)時(shí)間，這應該是算很大的，而且有相應大的等效串聯(lián)電阻。在較高頻率上，這可以引起性能的損失，所以應該使用較小的并聯(lián)電容作為補償之用，例如0.22μF的塑料薄膜電容。
 
圖3  使用七個(gè)元件的緩沖網(wǎng)絡(luò )實(shí)例(其中包括3個(gè)二極管、兩個(gè)電容一個(gè)電阻和一個(gè)電感。這些是用來(lái)耗散由不希望的反向電流所產(chǎn)生的功率。單獨的一個(gè)SiC二極管會(huì )是比較便宜)

輸入端的有源元件：被用作開(kāi)關(guān)而跨接在變壓器初級繞組兩端的晶體管的額定值，需要選擇得能承受可能產(chǎn)生的很大的反電勢。例如，在265V AC設計中，MOS場(chǎng)效應管將需要有1000V的額定值，因此就很貴。另外的做法是，考慮使用兩個(gè)500V的MOS管，分別接在變壓器初級繞組的兩側，成本的下降應該遠遠超過(guò)增加的元件數。而且，需要一個(gè)單獨開(kāi)關(guān)的、很大的和很貴的緩沖網(wǎng)絡(luò )，可以用較小的和較便宜的鉗位二極管來(lái)代替。

變換級的有源元件：功率因素校準的升壓設計現正朝著(zhù)炭化硅整流器(SIC)的方向發(fā)展。雖然這會(huì )增加成本，但使用SIC的費用應該能被制造、電路板面積和元件數的優(yōu)點(diǎn)所抵消，因為這可以代替若干個(gè)分離元件，包括緩沖網(wǎng)絡(luò )，而同時(shí)又可以?xún)粼黾有省?/p>

控制電路：利用雙面和表面貼裝的制造技術(shù)現在也可以用于電源。電路板的背面為控制功能提供了一個(gè)理想的容納空間，雖然仍然需要一些工作量。

保持冷卻：功率半導體的壽命是與它們的溫度密切相關(guān)的。使用導熱但電絕緣的壓焊點(diǎn)允許直接與散熱器或其他襯底相連。通過(guò)對元件采用焊接的方法，而不是使用熱膠連接，可以使熱鍵合牢固得很多。在強迫風(fēng)冷設計中使用的風(fēng)扇可以通過(guò)一種簡(jiǎn)單的控制電路而得以改善，這個(gè)電路可以根據溫度來(lái)調節風(fēng)扇的工作。這可以降低由風(fēng)扇引起的噪聲以及風(fēng)扇所消耗的電力。順便說(shuō)一下，使風(fēng)扇護罩稍微向后離開(kāi)一些風(fēng)扇，可以大大降低可聞噪聲，可以對護罩的類(lèi)型以及護罩與風(fēng)扇之間的距離進(jìn)行試驗來(lái)取得最佳效果。
 
圖4  護罩已經(jīng)被稍微推向外側以降低噪聲

通過(guò)結合使用這些以及其他許多技術(shù)，XP Power不斷地向競爭的市場(chǎng)提供領(lǐng)先的產(chǎn)品。隨著(zhù)工業(yè)界對現有的元件的不斷改進(jìn)，XP Power的客戶(hù)也將從使用這些元件的經(jīng)驗中得到受益。