直流穩(wěn)壓電源設計中TOP204YAI單片出現問題的解決辦法
2017-7-4 10:27:44??????點擊：
如果你是新手，對于自己的直流穩(wěn)壓電源設計部那么自信，或者是有問題卻不知道出在哪里，也不知道怎么修改的話，那來到直流穩(wěn)壓電源網論壇一定沒有錯，這里上藏龍臥虎高人眾多，他們都深居簡出時不時的指點一下正在艱難中跋涉的新人們。
樓主：新手一枚，設計一款TOP204YAI單片開關直流穩(wěn)壓電源。
參照直流穩(wěn)壓電源電路圖設計的，直流穩(wěn)壓電源輸入AC85~265V，直流穩(wěn)壓電源輸出15V2A。
元件型號參數如圖，部分改動：1）分壓電阻50K，實際采用51K；2）直流穩(wěn)壓電源光耦NEC2501，因CTR均為80~160%，NEC2501反向擊穿直流穩(wěn)壓電源電壓為40V，故實際采用JC817A，反向擊穿直流穩(wěn)壓電源電壓為70V。
直流穩(wěn)壓電源PCB板設計圖如下：
高頻直流穩(wěn)壓電源變壓器經計算后，確定為EE25磁芯，Np=121T\Ns=10T\Nf=8T，初級繞組Φ0.25mm、次級繞組Φ0.5mm兩股并繞、反饋繞組Φ0.5mm。
剛開始，上電后有直流穩(wěn)壓電源輸出15.25V，用負載儀測試，由空載逐漸調整，直流穩(wěn)壓電源電流達到1.5A時工作正常，就想讓它先工作一段時間再調整至2.0A試試，結果工作不到3分鐘，就出現TOP204YAI發(fā)燙（根據許多資料顯示其不應該發(fā)燙，有些資料顯示其自身的散熱片就能夠散熱，而且我還加了散熱片，比直流穩(wěn)壓電源輸出整流二極管散熱還大，結果是TOP204YAI發(fā)燙而MUR610只是一點微微發(fā)熱），具體情況是：空載時直流穩(wěn)壓電源輸出直流穩(wěn)壓電源電壓在12.3~14.5之間跳動，帶負載2A時，直流穩(wěn)壓電源電壓顯示在1.25~1.78V之間跳動、直流穩(wěn)壓電源電流顯示0~0.25A跳動，且高頻直流穩(wěn)壓電源變壓器發(fā)出“吱……吱……”有規(guī)律的一高一低的噪音，直流穩(wěn)壓電源輸出指示燈（LED）也是跟隨噪音一閃一閃的。關掉后重新上電，就一直是跳動無法恢復剛開始的狀態(tài)了。
懷疑過高頻直流穩(wěn)壓電源變壓器，又重做了高頻直流穩(wěn)壓電源變壓器，匝數未變，線徑加大了,分別為Φ0.45mm、Φ0.6mm兩股并繞、Φ0.5mm，也是一樣的情況。
隨后懷疑功率器件TOP204YAI，更換；直流穩(wěn)壓電源輸出整流MUR610，更換；幾乎所有元件均更換了也是一樣的，始終無法恢復剛開始的狀態(tài)。上傳的直流穩(wěn)壓電源PCB板也是重新設計過三次的。
關斷直流穩(wěn)壓電源時，直流穩(wěn)壓電源輸出直流穩(wěn)壓電源電壓并非直接歸0，而逐漸降低，大概近50秒時還有0.6V左右的直流穩(wěn)壓電源電壓，且下降越來越緩慢，歸0大概需要10分鐘左右時間。
百思不得其解，請教高手，這個問題出在何處？
再補充一些與詳細說明情況：
1、直流穩(wěn)壓電源輸入整流后的直流直流穩(wěn)壓電源電壓311V，十分穩(wěn)定。
2、直流穩(wěn)壓電源輸出直流穩(wěn)壓電源電壓波動如前所述。
3、反饋繞組整流后和直流穩(wěn)壓電源光耦（C）端的直流穩(wěn)壓電源電壓是5.8~8.9V之間跳動，
4、高頻直流穩(wěn)壓電源變壓器發(fā)出的“吱……吱……”聲音一高一低，與直流穩(wěn)壓電源光耦（C）端直流穩(wěn)壓電源電壓高低一致。
5、TOP204YAI（C）腳直流穩(wěn)壓電源電壓為5.11V，較穩(wěn)定無變化。
6、直流穩(wěn)壓電源輸出直流穩(wěn)壓電源電壓在關掉直流穩(wěn)壓電源輸入AC直流穩(wěn)壓電源之后，不是直接掉電，而是緩慢降下來，帶載與不帶載是一樣的。
回答：S腳布線有問題。TOP直流穩(wěn)壓電源布線要求：S引腳的引線應該非常短，旁路電容應盡可能靠近S和C引腳，同時，S腳應單點接地，以避免主直流穩(wěn)壓電源電路的工作直流穩(wěn)壓電源電流對控制信號造成干擾。
樓主：謝謝！感覺S腳布線也已經很短了，幾乎不能再短的地步了，也參照了好多資料來看，可就是問題始終無法解決。
比如《單片開關直流穩(wěn)壓電源的設計》（沙占友著）中的圖：
感覺我的布局和距離都比這個資料上的要短和近得多了呢。包括環(huán)路面積也是挺小的了。
回答：第2個要求S腳要單點接地，直流穩(wěn)壓電源PCB反饋供電的地沒有跟S腳的地分開。另外，核對一下反饋供電繞組同名端，直流穩(wěn)壓電源輸出端加個假負載試試。
回答：你這不是單點接地，反饋供電和S腳的地沒有分開。
樓主：哦！已經切斷那條線，并用導線跨接成單點接地了。
帶上假負載（10歐的電阻，正常計算15V/30W應該是7.5歐，先不急著用足功率），結果故障依舊。直流穩(wěn)壓電源輸出端直流穩(wěn)壓電源電壓是0.0V、0.0V、0.3V、0.6V、0.8V、1.2V、1.3、1.5V左右（不好意思具體小數點2位以后的數字沒留意）很有規(guī)律的跳動。與之前的情況是一樣的。
回答：雖然這應該不是問題的關鍵，但是你這種操作意義不大，斷開位置和跨接位置都不是理想的位置。
樓主：紅框內只是縮小的接觸面而已。
電線插頭
樓主：無意中又發(fā)現一個問題：
這是無意中發(fā)現的，因為之前取下了直流穩(wěn)壓電源光耦，切斷與跨接線后忘了安裝直流穩(wěn)壓電源光耦，在無直流穩(wěn)壓電源光耦的情況下，試了機，然后發(fā)現不對就安裝上直流穩(wěn)壓電源光耦再試，結果情況是一樣的。也就是說在有與無直流穩(wěn)壓電源光耦的情況是一樣的，根據這樣的情況，我想應該問題出在反饋直流穩(wěn)壓電源電路上，也就是直流穩(wěn)壓電源光耦無反饋。
奇怪的是，第一次焊接安裝好試機，一切正常呢，直流穩(wěn)壓電源輸出直流穩(wěn)壓電源電壓15.25V，帶負載也沒問題，雖然是只逐步增加負載到1.5A就暫停了，本想讓其工作一段時間后再增加到2A測試。就在這個時候，大概3分鐘左右出現故障。再后來就一直這樣的故障。
還有，更奇怪的是：三次設計的直流穩(wěn)壓電源PCB板，都是如此的問題，每次都是用新設計的直流穩(wěn)壓電源PCB板時正常，一會兒出現故障，然后就再也無法恢復，再如何換板子和元器件都是一樣。真是怪事呀，每次用設計的新板正常一會兒。特別說明：每次新設計的直流穩(wěn)壓電源PCB板，測試正常大概幾分鐘，然后不管是換元器件還是直流穩(wěn)壓電源PCB板都是一通電開機就是故障情況，始終無法出現剛開始時的正常一會兒的情況。
真是奇怪了?。?！百思不得其解呀?。?！
回答：檢查431的參考電阻過大，無法正常工作。431有個最低的工作直流穩(wěn)壓電源電流。
樓主：謝謝！已經考慮過這個問題，也調整過相關電阻，結果是故障依舊。
回答：幾分鐘出現問題應該是芯片過流或者過溫保護了。反饋部分、直流穩(wěn)壓電源變壓器原邊電感量、同名端等要檢查一下。
樓主：嗯，也曾分析過，剛開始測試時正常，幾分鐘后出現故障，確實是芯片發(fā)熱，所以分析是過溫或過流保護。但很快否定了，因為如果是這類問題，那么在冷卻之后重新開機，應該是正常的，再過幾分鐘出現同樣故障。但不是這樣的情況，正如前所述的，是不管如何開機測試，只要一通電開機就是故障現象。這個時候不管更換任何元器件，故障依舊，沒任何好轉情況。
另外，再補充說明一下情況：噪音與直流穩(wěn)壓電源電壓升降變化頻率大概是1Hz左右，很有規(guī)律，噪音與直流穩(wěn)壓電源電壓變化時序是：0→低→高→低→0……不斷循環(huán)（每次直流穩(wěn)壓電源電壓在0V時，大概噪音6次后才開始升降變化），根據這種情況分析，應該是TOP204芯片沒啟振，曾無意在沒安裝直流穩(wěn)壓電源光耦的情況下通電開機，故障一樣，那么說明可能故障在反饋直流穩(wěn)壓電源電路上。也曾考慮是直流穩(wěn)壓電源變壓器的問題，重新繞制了直流穩(wěn)壓電源變壓器（原邊/初級匝數121，電感量1.8mHz，反饋繞組8匝，副邊/次級繞組10匝，最先發(fā)貼也已說明。同名端如圖，應該沒錯，也測試過)，也是一樣的。
回答：431和直流穩(wěn)壓電源光耦換過沒有？
樓主：431和直流穩(wěn)壓電源光耦，都換過了。
回答：15v開12的匝比？這太大了，建議你開到6-7左右，重新算過直流穩(wěn)壓電源變壓器吧！
樓主：也重新計算過幾次呢。
不知是不是計算方法有問題，請指教！
1、直流穩(wěn)壓電源輸出功率與直流穩(wěn)壓電源變壓器初一次感應直流穩(wěn)壓電源電壓：
VBmin=85×1.1×√2=132.21V，VBmax=265×0.7×√2=262.39V
2、占空比：
Dmax = VOR /(VOR+Vi(min)-VDS(on)) = 135/(135+90-10)=0.628
Dmin = Vi(min)/(VOR+Vi(min)-VDS(on)) = 90/(135+90-10) =0.419
3、直流穩(wěn)壓電源輸入功率：
Pi= Po/η = 30/0.88 =34.09W
4、一次線圈峰值直流穩(wěn)壓電源電流：
IPK= Ipo/Dmin= Pi/(VBminDmin) = 34.09/(132.21×0.419) = 0.615A
5、一次繞組電感：
LP= VBmaxDmin×10/IPK= 262.39×0.419×10/0.615 = 1.788mH
6、一次繞組匝數：
根據工作頻率（100KHz)和功率選擇EE25磁芯，Ae=42mm2，磁芯磁感應強度100℃時360mT，變化范圍60%，
△B = 360×60% = 216mT
NP = VBmaxDmin×10/(Ae△B) = 262.39×0.419×10/（42×0.216) = 121.2 ≈ 121T
7、二次繞組和反饋繞組：
設電感壓降VL=0.3V，整流二極管壓降VD=0.4V。
每匝線圈所承受直流穩(wěn)壓電源電壓為：n = VBmax/NP = 262.39/121 = 2.169V/T
Vs = (Vo+VL+VD)/0.707 = (15+0.3+0.4)/0.707 = 22.207V
VF= (VFO+VD)/0.707 = (12+0.4)/0.707 = 17.539V
Ns= Vs/n = 22.207/2.169 = 10.2 ≈ 10T
NF= VF/n =17.539/2.169 = 8.1 ≈ 8T
8、磁心氣隙：
δ = 4π×10-7Np2Ae/Lp= 4×3.14×10-7×1212×42/1.788 = 0.432mm
也通過其他方法計算過，也都差不多的數值。
回答：出現故障無法恢復時，更換直流穩(wěn)壓電源光耦，如果更換后能正常工作一段時間，就是直流穩(wěn)壓電源光耦問題，可能是器件質量不好或設計錯誤。
尋找芯片發(fā)熱原因需要用示波器看波形。
樓主：不是更換直流穩(wěn)壓電源光耦后正常工作一段時間（出現故障后更換任何元器件都沒用），而是每次重新設計直流穩(wěn)壓電源PCB能正常一會兒，且僅是重新設計的第一塊板能正常，出現故障后再更換板子也沒用了。
用示波器測試過，波形很亂，跳躍性強，感覺是沒起振。芯片發(fā)熱是正常工作的那段時間里，由于時間較短就出現故障，沒找到到底是什么原因。
回答：直流穩(wěn)壓電源變壓器空氣氣息是否夠？氣息不夠磁芯飽和也會出現這些現象。
樓主：磁芯氣隙通過計算是0.432mm，δ=4π×10-7Np2Ae/Lp=4×3.14×10-7×1212×42/1.788=0.432mm
回答：供電經過直流穩(wěn)壓電源光耦再到R101腳再到TOP204的C腳試試看！
樓主：試過，也是一樣的情況！
回答：你說拆了直流穩(wěn)壓電源光耦現象一樣，不可能還是5.11V吧，會不會是整流管D104不行！
樓主：哦，不好意思！沒描述清楚，拆下直流穩(wěn)壓電源光耦之后，沒有5.11V直流穩(wěn)壓電源電壓了，具體是多少忘了，因為不敢長時間通電、也不敢再次拆下直流穩(wěn)壓電源光耦測試。直流穩(wěn)壓電源輸出整流管沒問題的。也曾懷疑過，換了也是。
回答：那應該是直流穩(wěn)壓電源變壓器飽和了，直流穩(wěn)壓電源變壓器沒換過吧？？
樓主：更換過直流穩(wěn)壓電源變壓器，也重新繞過直流穩(wěn)壓電源變壓器，沒有解決，故障依舊。
樓主：再次補充：曾多次懷疑與更換直流穩(wěn)壓電源光耦，但最后還是再次更換直流穩(wěn)壓電源光耦。特別選擇了CTR在100%左右的（最終選擇95%的）。另外分壓電阻重新選擇47K和10K的，
另外又重新更換了直流穩(wěn)壓電源PCB，如之前的圖（未重新設計，也未做任何修改，如切斷、跨接等），這時直流穩(wěn)壓電源輸出直流穩(wěn)壓電源電壓穩(wěn)定了，直流穩(wěn)壓電源電壓14.35V，直流穩(wěn)壓電源電流能調整到1.8A。但新的問題來了，通電開機是不到一分鐘，鉗位直流穩(wěn)壓電源電路的阻塞二極管發(fā)燙冒煙。迅速關電！
聯想到之前的分壓電阻51K和10K時的故障，重新用51K和10K電阻，也能直流穩(wěn)壓電源輸出15.33V、1.5A。鉗位直流穩(wěn)壓電源電路阻塞二極管10秒左右開始冒煙，即刻就開始了之前的故障直流穩(wěn)壓電源電壓跳動、直流穩(wěn)壓電源變壓器發(fā)出噪音，不能再繼續(xù)就關電了。
再重新更換分壓電阻為47K和10K，并更換TVS和阻塞二極管，再通電測試，也是不到一分鐘阻塞二極管冒煙。但沒進入這之前大家一直分析討論的直流穩(wěn)壓電源電壓跳動和直流穩(wěn)壓電源變壓器噪音的情況了。
又一時不知原因在哪了？直流穩(wěn)壓電源變壓器更換了好多次了。不同電感量（電感量±10%范圍內更換過多個直流穩(wěn)壓電源變壓器）都測試過，故障一樣。
到底原因在哪？為什么阻塞二極管BYV26C發(fā)燙冒煙？同時TOP204YAI發(fā)熱量大。沒有前面說的那么燙了。
最終發(fā)現問題所在了：是高頻直流穩(wěn)壓電源變壓器的問題。漏感多了。
高頻直流穩(wěn)壓電源變壓器繞制出來漏感太大了，測試出來是237uH。
實驗性重新繞制過兩次：
1、減少初級繞組到83匝，其他不變。電感量960uH，漏感116uH。仍然是大了。但通電測試，雖然鉗位直流穩(wěn)壓電源電路阻塞二極管也是發(fā)燙，但明顯沒之前那么發(fā)燙了，也不再冒煙。直流穩(wěn)壓電源電壓電流輸出正常，但不能長時間工作。失?。?/span>
2、減少初級繞組到66匝，其他不變，電感量570uH，漏感46uH。同樣也是大了，通電測試，明顯阻塞二極管又降了一些溫度。但直流穩(wěn)壓電源變壓器發(fā)熱量大了，溫升厲害。也是失?。?/span>
準備進一步再重新繞制直流穩(wěn)壓電源變壓器……
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