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一份關(guān)于工控設備電源、3D打印機電源的原理圖每個元器件的選擇（一）

來源：發(fā)布時間：2019-06-01 點擊量：1410

一份關(guān)于工控設備電源、3D打印機電源的原理圖每個元器件的選擇（一）

隨著現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展，電子產(chǎn)品越來越走進每一個人的身邊，對于工控設備電源、3D打印機電源的質(zhì)量要求很高，決定它們質(zhì)量的是每一個元器件的選項是否符合電源的質(zhì)量要求，本文就來說說每個元器件的選項。

工控設備電源、3D打印機電源的元器件之FS1:變壓器
由變壓器計算得到Iin值，以此Iin值(0.42A)可知使用公司共享料2A/250V，設計時亦須考慮Pin(max)時的Iin是否會超過保險絲的額定值。

工控設備電源、3D打印機電源的元器件之TR1(熱敏電阻):
電源啟動的瞬間，由于C1(一次側(cè)濾波電容)短路，導致Iin電流很大，雖然時間很短暫，但亦可能對Power產(chǎn)生傷害，所以必須在濾波電容之前加裝一個熱敏電阻，以限制開機瞬間Iin在Spec之內(nèi)(115V/30A，230V/60A)，但因熱敏電阻亦會消耗功率，所以不可放太大的阻值(否則會影響效率)，一般使用5Ω-10Ω熱敏，若C1電容使用較大的值，則必須考慮將熱敏電阻的阻值變大(一般使用在大瓦數(shù)的Power上)。

工控設備電源、3D打印機電源的元器件之CY1，CY2(Y-Cap):
Y-Cap一般可分為Y1及Y2電容，若AC Input有FG(3 Pin)一般使用Y2- Cap ， AC Input若為2Pin(只有L，N)一般使用Y1-Cap，Y1與Y2的差異，除了價格外(Y1較昂貴)，絕緣等級及耐壓亦不同(Y1稱為雙重絕緣，絕緣耐壓約為Y2的兩倍，且在電容的本體上會有“回”符號或注明Y1)，此電路蛭蠪G所以使用Y2-Cap，Y-Cap會影響EMI特性，一般而言越大越好，但須考慮漏電及價格問題，漏電(Leakage Current )必須符合安規(guī)須求(3Pin公司標準為750uA max)。

工控設備電源、3D打印機電源的元器件之CX1(X-Cap)、RX1:
X-Cap為防制EMI零件，EMI可分為Conduction及Radiation兩部分，Conduction規(guī)范一般可分為: FCC Part 15J Class B 、 CISPR 22(EN55022) Class B 兩種， FCC測試頻率在450K~30MHz，CISPR 22測試頻率在150K~30MHz， Conduction可在廠內(nèi)以頻譜分析儀驗證，Radiation 則必須到實驗室驗證，X-Cap 一般對低頻段(150K ~ 數(shù)M之間)的EMI防制有效，一般而言X-Cap愈大，EMI防制效果愈好(但價格愈高)，若X-Cap在0.22uf以上(包含0.22uf)，安規(guī)規(guī)定必須要有泄放電阻(RX1，一般為1.2MΩ 1/4W)。

EMI防制零件，主要影響Conduction 的中、低頻段，設計時必須同時考慮EMI特性及溫升，以同樣尺寸的Common Choke而言，線圈數(shù)愈多(相對的線徑愈細)，EMI防制效果愈好，但溫升可能較高。
工控設備電源、3D打印機電源的元器件之BD1(整流二極管):
將AC電源以全波整流的方式轉(zhuǎn)換為DC，由變壓器所計算出的Iin值，可知只要使用1A/600V的整流二極管，因為是全波整流所以耐壓只要600V即可。

C1(濾波電容):
由C1的大小(電容值)可決定變壓器計算中的Vin(min)值，電容量愈大，Vin(min)愈高但價格亦愈高，此部分可在電路中實際驗證Vin(min)是否正確，若AC Input 范圍在90V~132V (Vc1 電壓最高約190V)，可使用耐壓200V的電容;若AC Input 范圍在90V~264V(或180V~264V)，因Vc1電壓最高約380V，所以必須使用耐壓400V的電容。

工控設備電源、3D打印機電源的元器件之D2(輔助電源二極管):
整流二極管，一般常用FR105(1A/600V)或BYT42M(1A/1000V)，兩者主要差異:耐壓不同(在此處使用差異無所謂)VF不同(FR105=1.2V，BYT42M=1.4V)
R10(輔助電源電阻):
主要用于調(diào)整PWM IC的VCC電壓，以目前使用的3843而言，設計時VCC必須大于8.4V(Min. Load時)，但為考慮輸出短路的情況，VCC電壓不可設計的太高，以免當輸出短路時不保護(或輸入瓦數(shù)過大)。

工控設備電源、3D打印機電源的元器件之C7(濾波電容):
輔助電源的濾波電容，提供PWM IC較穩(wěn)定的直流電壓，一般使用100uf/25V電容。
Z1(Zener 二極管):
當回授失效時的保護電路，回授失效時輸出電壓沖高，輔助電源電壓相對提高，此時若沒有保護電路，可能會造成零件損壞，若在3843 VCC與3843 Pin3腳之間加一個Zener Diode，當回授失效時Zener Diode會崩潰，使得Pin3腳提前到達1V，以此可限制輸出電壓，達到保護零件的目的.Z1值的大小取決于輔助電源的高低，Z1的決定亦須考慮是否超過Q1的VGS耐壓值，原則上使用公司的現(xiàn)有料(一般使用1/2W即可).

R2(啟動電阻):
提供3843第一次啟動的路徑，第一次啟動時透過R2對C7充電，以提供3843 VCC所需的電壓，R2阻值較大時，turn on的時間較長，但短路時Pin瓦數(shù)較小，R2阻值較小時，turn on的時間較短，短路時Pin瓦數(shù)較大，一般使用220KΩ/2W M.O。
R4 (Line Compensation):
高、低壓補償用，使3843 Pin3腳在90V/47Hz及264V/63Hz接近一致(一般使用750KΩ~1.5MΩ 1/4W之間)。

R3，C6，D1 (Snubber):
此三個零件組成Snubber，調(diào)整Snubber的目的:1.當Q1 off瞬間會有Spike產(chǎn)生，調(diào)整Snubber可以確保Spike不會超過Q1的耐壓值，2.調(diào)整Snubber可改善EMI.一般而言，D1使用1N4007(1A/1000V)EMI特性會較好.R3使用2W M.O.電阻，C6的耐壓值以兩端實際壓差為準(一般使用耐壓500V的陶質(zhì)電容)。
Q1(N-MOS):
目前常使用的為3A/600V及6A/600V兩種，6A/600V的RDS(ON)較3A/600V小，所以溫升會較低，若IDS電流未超過3A，應該先以3A/600V為考慮，并以溫升記錄來驗證，因為6A/600V的價格高于3A/600V許多，Q1的使用亦需考慮VDS是否超過額定值。
R8:
R8的作用在保護Q1，避免Q1呈現(xiàn)浮接狀態(tài)。
R7(Rs電阻):
3843 Pin3腳電壓最高為1V，R7的大小須與R4配合，以達到高低壓平衡的目的，一般使用2W M.O.電阻，設計時先決定R7后再加上R4補償，一般將3843 Pin3腳電壓設計在0.85V~0.95V之間(視瓦數(shù)而定，若瓦數(shù)較小則不能太接近1V，以免因零件誤差而頂?shù)?V)。
R5，C3(RC filter):
濾除3843 Pin3腳的噪聲，R5一般使用1KΩ 1/8W，C3一般使用102P/50V的陶質(zhì)電容，C3若使用電容值較小者，重載可能不開機(因為3843 Pin3瞬間頂?shù)?V);若使用電容值較大者，也許會有輕載不開機及短路Pin過大的問題。
R9(Q1 Gate電阻 ):
R9電阻的大小，會影響到EMI及溫升特性，一般而言阻值大，Q1 turn on / turn off的速度較慢，EMI特性較好，但Q1的溫升較高、效率較低(主要是因為turn off速度較慢);若阻值較小， Q1 turn on / turn off的速度較快，Q1溫升較低、效率較高，但EMI較差，一般使用51Ω-150Ω 1/8W。
R6，C4(控制振蕩頻率):
決定3843的工作頻率，可由Data Sheet得到R、C組成的工作頻率，C4一般為10nf的電容(誤差為5%)，R6使用精密電阻，以DA-14B33為例，C4使用103P/50VPE電容，R6為3.74KΩ 1/8W精密電阻，振蕩頻率約為45 KHz。
工控設備電源、3D打印機電源的元器件之C5:
功能類似RC filter，主要功用在于使高壓輕載較不易振蕩，一般使用101P/50V陶質(zhì)電容。
工控設備電源、3D打印機電源的元器件之U1(PWM IC):
3843是PWM IC的一種，由Photo Coupler (U2)回授信號控制Duty Cycle的大小，Pin3腳具有限流的作用(最高電壓1V)，目前所用的3843中，有KA3843(SAMSUNG)及UC3843BN(S.T.)兩種，兩者腳位相同，但產(chǎn)生的振蕩頻率略有差異，UC3843BN較KA3843快了約2KHz，fT的增加會衍生出一些問題(例如:EMI問題、短路問題)，因KA3843較難買，所以新機種設計時，盡量使用UC3843BN。

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