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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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