直流穩壓電源設計中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單片開關直流穩壓電源。
參照直流穩壓電源電路圖設計的，直流穩壓電源輸入AC85~265V，直流穩壓電源輸出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）直流穩壓電源光耦NEC2501，因CTR均為80~160%，NEC2501反向擊穿直流穩壓電源電壓為40V，故實際采用JC817A，反向擊穿直流穩壓電源電壓為70V。
直流穩壓電源PCB板設計圖如下：
高頻直流穩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，上電后有直流穩壓電源輸出15.25V，用負載儀測試，由空載逐漸調整，直流穩壓電源電流達到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發燙（根據許多資料顯示其不應該發燙，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，比直流穩壓電源輸出整流二極管散熱還大，結果是TOP204YAI發燙而MUR610只是一點微微發熱），具體情況是：空載時直流穩壓電源輸出直流穩壓電源電壓在12.3~14.5之間跳動，帶負載2A時，直流穩壓電源電壓顯示在1.25~1.78V之間跳動、直流穩壓電源電流顯示0~0.25A跳動，且高頻直流穩壓電源變壓器發出“吱……吱……”有規律的一高一低的噪音，直流穩壓電源輸出指示燈（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了。
懷疑過高頻直流穩壓電源變壓器，又重做了高頻直流穩壓電源變壓器，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。上傳的直流穩壓電源PCB板也是重新設計過三次的。
關斷直流穩壓電源時，直流穩壓電源輸出直流穩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、直流穩壓電源輸入整流后的直流直流穩壓電源電壓311V，十分穩定。
2、直流穩壓電源輸出直流穩壓電源電壓波動如前所述。
3、反饋繞組整流后和直流穩壓電源光耦（C）端的直流穩壓電源電壓是5.8~8.9V之間跳動，
4、高頻直流穩壓電源變壓器發出的“吱……吱……”聲音一高一低，與直流穩壓電源光耦（C）端直流穩壓電源電壓高低一致。
5、TOP204YAI（C）腳直流穩壓電源電壓為5.11V，較穩定無變化。
6、直流穩壓電源輸出直流穩壓電源電壓在關掉直流穩壓電源輸入AC直流穩壓電源之后，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，以避免主直流穩壓電源電路的工作直流穩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。直流穩壓電源輸出端直流穩壓電源電壓是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：無意中又發現一個問題：
這是無意中發現的，因為之前取下了直流穩壓電源光耦，切斷與跨接線后忘了安裝直流穩壓電源光耦，在無直流穩壓電源光耦的情況下，試了機，然后發現不對就安裝上直流穩壓電源光耦再試，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壓電源電路上，也就是直流穩壓電源光耦無反饋。
奇怪的是，第一次焊接安裝好試機，一切正常呢，直流穩壓電源輸出直流穩壓電源電壓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：三次設計的直流穩壓電源PCB板，都是如此的問題，每次都是用新設計的直流穩壓電源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：噪音與直流穩壓電源電壓升降變化頻率大概是1Hz左右，很有規律，噪音與直流穩壓電源電壓變化時序是：0→低→高→低→0……不斷循環（每次直流穩壓電源電壓在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壓電源電路上。也曾考慮是直流穩壓電源變壓器的問題，重新繞制了直流穩壓電源變壓器（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和直流穩壓電源光耦換過沒有？
樓主：431和直流穩壓電源光耦，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、直流穩壓電源輸出功率與直流穩壓電源變壓器初一次感應直流穩壓電源電壓：
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，更換直流穩壓電源光耦，如果更換后能正常工作一段時間，就是直流穩壓電源光耦問題，可能是器件質量不好或設計錯誤。
尋找芯片發熱原因需要用示波器看波形。
樓主：不是更換直流穩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，拆下直流穩壓電源光耦之后，沒有5.11V直流穩壓電源電壓了，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壓電源光耦測試。直流穩壓電源輸出整流管沒問題的。也曾懷疑過，換了也是。
回答：那應該是直流穩壓電源變壓器飽和了，直流穩壓電源變壓器沒換過吧？？
樓主：更換過直流穩壓電源變壓器，也重新繞過直流穩壓電源變壓器，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壓電源光耦，但最后還是再次更換直流穩壓電源光耦。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），這時直流穩壓電源輸出直流穩壓電源電壓穩定了，直流穩壓電源電壓14.35V，直流穩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，鉗位直流穩壓電源電路的阻塞二極管發燙冒煙。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，也能直流穩壓電源輸出15.33V、1.5A。鉗位直流穩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壓電源電壓跳動、直流穩壓電源變壓器發出噪音，不能再繼續就關電了。
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壓電源電壓跳動和直流穩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發燙冒煙？同時TOP204YAI發熱量大。沒有前面說的那么燙了。
最終發現問題所在了：是高頻直流穩壓電源變壓器的問題。漏感多了。
高頻直流穩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，雖然鉗位直流穩壓電源電路阻塞二極管也是發燙，但明顯沒之前那么發燙了，也不再冒煙。直流穩壓電源電壓電流輸出正常，但不能長時間工作。失敗！
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。但直流穩壓電源變壓器發熱量大了，溫升厲害。也是失敗！
準備進一步再重新繞制直流穩壓電源變壓器……
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