直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)中TOP204YAI單片出現(xiàn)問(wèn)題的解決辦法
2017-7-4 10:27:44??????點(diǎn)擊：
如果你是新手，對(duì)于自己的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)部那么自信，或者是有問(wèn)題卻不知道出在哪里，也不知道怎么修改的話(huà)，那來(lái)到直流穩(wěn)壓電源網(wǎng)論壇一定沒(méi)有錯(cuò)，這里上藏龍臥虎高人眾多，他們都深居簡(jiǎn)出時(shí)不時(shí)的指點(diǎn)一下正在艱難中跋涉的新人們。
樓主：新手一枚，設(shè)計(jì)一款TOP204YAI單片開(kāi)關(guān)直流穩(wěn)壓電源。
參照直流穩(wěn)壓電源電路圖設(shè)計(jì)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(hào)參數(shù)如圖，部分改動(dòng)：1）分壓電阻50K，實(shí)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(shí)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(shè)計(jì)圖如下：
高頻直流穩(wěn)壓電源變壓器經(jīng)計(jì)算后，確定為EE25磁芯，Np=121T\Ns=10T\Nf=8T，初級(jí)繞組Φ0.25mm、次級(jí)繞組Φ0.5mm兩股并繞、反饋繞組Φ0.5mm。
剛開(kāi)始，上電后有直流穩(wěn)壓電源輸出15.25V，用負(fù)載儀測(cè)試，由空載逐漸調(diào)整，直流穩(wěn)壓電源電流達(dá)到1.5A時(shí)工作正常，就想讓它先工作一段時(shí)間再調(diào)整至2.0A試試，結(jié)果工作不到3分鐘，就出現(xiàn)TOP204YAI發(fā)燙（根據(jù)許多資料顯示其不應(yīng)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(jié)果是TOP204YAI發(fā)燙而MUR610只是一點(diǎn)微微發(fā)熱），具體情況是：空載時(shí)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(dòng)，帶負(fù)載2A時(shí)，直流穩(wěn)壓電源電壓顯示在1.25~1.78V之間跳動(dòng)、直流穩(wěn)壓電源電流顯示0~0.25A跳動(dòng)，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(guān)掉后重新上電，就一直是跳動(dòng)無(wú)法恢復(fù)剛開(kāi)始的狀態(tài)了。
懷疑過(guò)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(shù)未變，線(xiàn)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(wú)法恢復(fù)剛開(kāi)始的狀態(tài)。上傳的直流穩(wěn)壓電源PCB板也是重新設(shè)計(jì)過(guò)三次的。
關(guān)斷直流穩(wěn)壓電源時(shí)，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(shí)還有0.6V左右的直流穩(wěn)壓電源電壓，且下降越來(lái)越緩慢，歸0大概需要10分鐘左右時(shí)間。
百思不得其解，請(qǐng)教高手，這個(gè)問(wèn)題出在何處？
再補(bǔ)充一些與詳細(xì)說(shuō)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(dòng)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(dòng)，
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(wú)變化。
6、直流穩(wěn)壓電源輸出直流穩(wěn)壓電源電壓在關(guān)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(lái)，帶載與不帶載是一樣的。
回答：S腳布線(xiàn)有問(wèn)題。TOP直流穩(wěn)壓電源布線(xiàn)要求：S引腳的引線(xiàn)應(yīng)該非常短，旁路電容應(yīng)盡可能靠近S和C引腳，同時(shí)，S腳應(yīng)單點(diǎn)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(duì)控制信號(hào)造成干擾。
樓主：謝謝！感覺(jué)S腳布線(xiàn)也已經(jīng)很短了，幾乎不能再短的地步了，也參照了好多資料來(lái)看，可就是問(wèn)題始終無(wú)法解決。
比如《單片開(kāi)關(guān)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)》（沙占友著）中的圖：
感覺(jué)我的布局和距離都比這個(gè)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(gè)要求S腳要單點(diǎn)接地，直流穩(wěn)壓電源PCB反饋供電的地沒(méi)有跟S腳的地分開(kāi)。另外，核對(duì)一下反饋供電繞組同名端，直流穩(wěn)壓電源輸出端加個(gè)假負(fù)載試試。
回答：你這不是單點(diǎn)接地，反饋供電和S腳的地沒(méi)有分開(kāi)。
樓主：哦！已經(jīng)切斷那條線(xiàn)，并用導(dǎo)線(xiàn)跨接成單點(diǎn)接地了。
帶上假負(fù)載（10歐的電阻，正常計(jì)算15V/30W應(yīng)該是7.5歐，先不急著用足功率），結(jié)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(shù)點(diǎn)2位以后的數(shù)字沒(méi)留意）很有規(guī)律的跳動(dòng)。與之前的情況是一樣的。
回答：雖然這應(yīng)該不是問(wèn)題的關(guān)鍵，但是你這種操作意義不大，斷開(kāi)位置和跨接位置都不是理想的位置。
樓主：紅框內(nèi)只是縮小的接觸面而已。
電線(xiàn)插頭
樓主：無(wú)意中又發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題：
這是無(wú)意中發(fā)現(xiàn)的，因?yàn)橹叭∠铝酥绷鞣€(wěn)壓電源光耦，切斷與跨接線(xiàn)后忘了安裝直流穩(wěn)壓電源光耦，在無(wú)直流穩(wěn)壓電源光耦的情況下，試了機(jī)，然后發(fā)現(xiàn)不對(duì)就安裝上直流穩(wěn)壓電源光耦再試，結(jié)果情況是一樣的。也就是說(shuō)在有與無(wú)直流穩(wěn)壓電源光耦的情況是一樣的，根據(jù)這樣的情況，我想應(yīng)該問(wèn)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(wú)反饋。
奇怪的是，第一次焊接安裝好試機(jī)，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(fù)載也沒(méi)問(wèn)題，雖然是只逐步增加負(fù)載到1.5A就暫停了，本想讓其工作一段時(shí)間后再增加到2A測(cè)試。就在這個(gè)時(shí)候，大概3分鐘左右出現(xiàn)故障。再后來(lái)就一直這樣的故障。
還有，更奇怪的是：三次設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源PCB板，都是如此的問(wèn)題，每次都是用新設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源PCB板時(shí)正常，一會(huì)兒出現(xiàn)故障，然后就再也無(wú)法恢復(fù)，再如何換板子和元器件都是一樣。真是怪事呀，每次用設(shè)計(jì)的新板正常一會(huì)兒。特別說(shuō)明：每次新設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源PCB板，測(cè)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(kāi)機(jī)就是故障情況，始終無(wú)法出現(xiàn)剛開(kāi)始時(shí)的正常一會(huì)兒的情況。
真是奇怪了?。?！百思不得其解呀?。。?/span>
回答：檢查431的參考電阻過(guò)大，無(wú)法正常工作。431有個(gè)最低的工作直流穩(wěn)壓電源電流。
樓主：謝謝！已經(jīng)考慮過(guò)這個(gè)問(wèn)題，也調(diào)整過(guò)相關(guān)電阻，結(jié)果是故障依舊。
回答：幾分鐘出現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)該是芯片過(guò)流或者過(guò)溫保護(hù)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(guò)，剛開(kāi)始測(cè)試時(shí)正常，幾分鐘后出現(xiàn)故障，確實(shí)是芯片發(fā)熱，所以分析是過(guò)溫或過(guò)流保護(hù)。但很快否定了，因?yàn)槿绻沁@類(lèi)問(wèn)題，那么在冷卻之后重新開(kāi)機(jī)，應(yīng)該是正常的，再過(guò)幾分鐘出現(xiàn)同樣故障。但不是這樣的情況，正如前所述的，是不管如何開(kāi)機(jī)測(cè)試，只要一通電開(kāi)機(jī)就是故障現(xiàn)象。這個(gè)時(shí)候不管更換任何元器件，故障依舊，沒(méi)任何好轉(zhuǎn)情況。
另外，再補(bǔ)充說(shuō)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(shí)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(shí)，大概噪音6次后才開(kāi)始升降變化），根據(jù)這種情況分析，應(yīng)該是TOP204芯片沒(méi)啟振，曾無(wú)意在沒(méi)安裝直流穩(wěn)壓電源光耦的情況下通電開(kāi)機(jī)，故障一樣，那么說(shuō)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(wèn)題，重新繞制了直流穩(wěn)壓電源變壓器（原邊/初級(jí)匝數(shù)121，電感量1.8mHz，反饋繞組8匝，副邊/次級(jí)繞組10匝，最先發(fā)貼也已說(shuō)明。同名端如圖，應(yīng)該沒(méi)錯(cuò)，也測(cè)試過(guò))，也是一樣的。
回答：431和直流穩(wěn)壓電源光耦換過(guò)沒(méi)有？
樓主：431和直流穩(wěn)壓電源光耦，都換過(guò)了。
回答：15v開(kāi)12的匝比？這太大了，建議你開(kāi)到6-7左右，重新算過(guò)直流穩(wěn)壓電源變壓器吧！
樓主：也重新計(jì)算過(guò)幾次呢。
不知是不是計(jì)算方法有問(wèn)題，請(qǐng)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(yīng)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(xiàn)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(shù)：
根據(jù)工作頻率（100KHz)和功率選擇EE25磁芯，Ae=42mm2，磁芯磁感應(yīng)強(qiáng)度100℃時(shí)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(shè)電感壓降VL=0.3V，整流二極管壓降VD=0.4V。
每匝線(xiàn)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(guò)其他方法計(jì)算過(guò)，也都差不多的數(shù)值。
回答：出現(xiàn)故障無(wú)法恢復(fù)時(shí)，更換直流穩(wěn)壓電源光耦，如果更換后能正常工作一段時(shí)間，就是直流穩(wěn)壓電源光耦問(wèn)題，可能是器件質(zhì)量不好或設(shè)計(jì)錯(cuò)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(shí)間（出現(xiàn)故障后更換任何元器件都沒(méi)用），而是每次重新設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源PCB能正常一會(huì)兒，且僅是重新設(shè)計(jì)的第一塊板能正常，出現(xiàn)故障后再更換板子也沒(méi)用了。
用示波器測(cè)試過(guò)，波形很亂，跳躍性強(qiáng)，感覺(jué)是沒(méi)起振。芯片發(fā)熱是正常工作的那段時(shí)間里，由于時(shí)間較短就出現(xiàn)故障，沒(méi)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(huì)出現(xiàn)這些現(xiàn)象。
樓主：磁芯氣隙通過(guò)計(jì)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(jīng)過(guò)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(guò)，也是一樣的情況！
回答：你說(shuō)拆了直流穩(wěn)壓電源光耦現(xiàn)象一樣，不可能還是5.11V吧，會(huì)不會(huì)是整流管D104不行！
樓主：哦，不好意思！沒(méi)描述清楚，拆下直流穩(wěn)壓電源光耦之后，沒(méi)有5.11V直流穩(wěn)壓電源電壓了，具體是多少忘了，因?yàn)椴桓议L(zhǎng)時(shí)間通電、也不敢再次拆下直流穩(wěn)壓電源光耦測(cè)試。直流穩(wěn)壓電源輸出整流管沒(méi)問(wèn)題的。也曾懷疑過(guò)，換了也是。
回答：那應(yīng)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(méi)換過(guò)吧？？
樓主：更換過(guò)直流穩(wěn)壓電源變壓器，也重新繞過(guò)直流穩(wěn)壓電源變壓器，沒(méi)有解決，故障依舊。
樓主：再次補(bǔ)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(shè)計(jì)，也未做任何修改，如切斷、跨接等），這時(shí)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(diào)整到1.8A。但新的問(wèn)題來(lái)了，通電開(kāi)機(jī)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(guān)電！
聯(lián)想到之前的分壓電阻51K和10K時(shí)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(kāi)始冒煙，即刻就開(kāi)始了之前的故障直流穩(wěn)壓電源電壓跳動(dòng)、直流穩(wěn)壓電源變壓器發(fā)出噪音，不能再繼續(xù)就關(guān)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(cè)試，也是不到一分鐘阻塞二極管冒煙。但沒(méi)進(jìn)入這之前大家一直分析討論的直流穩(wěn)壓電源電壓跳動(dòng)和直流穩(wěn)壓電源變壓器噪音的情況了。
又一時(shí)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(nèi)更換過(guò)多個(gè)直流穩(wěn)壓電源變壓器）都測(cè)試過(guò)，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(shí)TOP204YAI發(fā)熱量大。沒(méi)有前面說(shuō)的那么燙了。
最終發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在了：是高頻直流穩(wěn)壓電源變壓器的問(wèn)題。漏感多了。
高頻直流穩(wěn)壓電源變壓器繞制出來(lái)漏感太大了，測(cè)試出來(lái)是237uH。
實(shí)驗(yàn)性重新繞制過(guò)兩次：
1、減少初級(jí)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(cè)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(méi)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(zhǎng)時(shí)間工作。失??！
2、減少初級(jí)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(cè)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(zhǔn)備進(jìn)一步再重新繞制直流穩(wěn)壓電源變壓器……
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