一、設(shè)計概述

在當(dāng)今智能家居、通信終端及小型便攜設(shè)備中，12W左右的開關(guān)電源憑借其高效率、體積緊湊和低成本等優(yōu)勢得到了廣泛應(yīng)用。基于OB2263的12W電源環(huán)路設(shè)計方案，以其高集成度、低待機(jī)功耗和豐富的保護(hù)功能，能夠滿足高性能與高可靠性的要求。本文將詳細(xì)介紹該設(shè)計方案中各主要元器件的型號、功能及選型理由，以供工程人員在實際開發(fā)時參考。

12W電源的設(shè)計需兼顧EMI性能、穩(wěn)壓精度、負(fù)載調(diào)整率和溫度特性等?；贠B2263的一次性頂端驅(qū)動單片方案，集成了高壓啟動電路、PWM振蕩器、過流保護(hù)、過熱保護(hù)、欠壓鎖定等模塊。通過合理選擇外圍元件，可構(gòu)建一款低成本、高可靠性且易于維護(hù)的AC-DC電源適配器。本文從設(shè)計需求出發(fā)，通過對OB2263芯片特性分析，搭建電路拓?fù)?，選擇合適的關(guān)鍵元器件，深入探討設(shè)計細(xì)節(jié)與調(diào)試方法，以期幫助開發(fā)者快速完成產(chǎn)品開發(fā)。

二、OB2263芯片簡介

OB2263是芯?？萍纪瞥龅囊豢畹凸β书_關(guān)電源控制芯片，集成高壓啟動電路及PWM控制器，采用TOP（Tornado Power）架構(gòu)，工作頻率可在約60kHz至80kHz之間自動調(diào)整，優(yōu)化變壓器體積與效率。其內(nèi)置700V耐壓功率MOSFET、可編程電流限制、電壓補(bǔ)償及軟啟動電路，為一次性開關(guān)電源設(shè)計提供了簡潔、高效的解決方案。

OB2263芯片主要功能包括：

1. 內(nèi)置高壓啟動電路，可直接連接至BUS插座，無需額外啟動電阻或成本高昂的待機(jī)控制芯片；

2. PWM振蕩器電路，頻率可通過外部電阻/電容設(shè)定；

3. 過流保護(hù)與脈沖跳頻技術(shù)，在過載或短路時具備優(yōu)良的保護(hù)能力，并能減小電源EMI；

4. 過熱保護(hù)及欠壓鎖定功能，保證電源在異常溫度和輸入電壓環(huán)境下安全可靠；

5. 輸出補(bǔ)償及誤差放大器接口，通過次級側(cè)反饋實現(xiàn)高精度穩(wěn)壓與快速動態(tài)響應(yīng)。

選用OB2263的主要理由如下：

1. 集成700V耐壓MOSFET，省去外部MOSFET成本，簡化PCB布局；

2. 待機(jī)功耗低于100mW，可滿足能效法規(guī)要求；

3. TOP架構(gòu)在輕負(fù)載和滿載條件下均能保持較高效率；

4. 內(nèi)置多重保護(hù)功能，提高整機(jī)可靠性；

5. 豐富的外圍可調(diào)參數(shù)，設(shè)計靈活性強(qiáng)，滿足不同應(yīng)用需求。

三、電路拓?fù)渑c工作原理

本設(shè)計采用一次性TOP架構(gòu)，將OB2263芯片直接連接到高壓直流母線上，通過內(nèi)置功率MOSFET驅(qū)動變壓器一次繞組。當(dāng)市電交流接入后，經(jīng)整流濾波形成約310V直流電壓，并經(jīng)輸入濾波后供給OB2263芯片與功率開關(guān)管。芯片內(nèi)部啟動時，高壓管導(dǎo)通，輸出開啟振蕩；變壓器將高壓直流轉(zhuǎn)換為所需的輸出電壓，通過次級整流與濾波生成穩(wěn)定的12V輸出。

變壓器次級側(cè)通過光耦結(jié)合TL431基準(zhǔn)反饋，向OB2263的FB腳提供反饋信號。芯片通過調(diào)整占空比實現(xiàn)精確穩(wěn)壓。輸出整流采用肖特基二極管及LC濾波，保證輸出紋波小于100mV。為滿足EMI要求，在輸入端配置共模電感與差模電容，同時在輸出側(cè)配置磁珠及電容抑制高頻噪聲。

在過流保護(hù)方面，OB2263通過檢測功率MOSFET電流實現(xiàn)峰值限流。當(dāng)負(fù)載超過設(shè)定閾值時，芯片限流脈沖寬度；若故障持續(xù)，芯片進(jìn)入保護(hù)定時關(guān)斷狀態(tài)。過溫保護(hù)當(dāng)芯片內(nèi)部溫度超過設(shè)定值時自動關(guān)斷輸出，待溫度恢復(fù)后重新啟動。在浪涌與過壓方面，設(shè)計中通過輸入側(cè)浪涌電阻、NTC限流及MOV防護(hù)，大幅提升電源抗干擾能力和使用安全性。

四、主要元器件選型與設(shè)計

4.1 OB2263開關(guān)控制器芯片

• 型號：OB2263

• 器件功能：集成高壓啟動、PWM控制、過流保護(hù)、過壓保護(hù)、軟啟動及過溫保護(hù)等功能，是一次性高壓開關(guān)電源的核心控制器。

• 選型理由：OB2263具備集成700V高壓MOSFET的優(yōu)勢，無需外置功率管，簡化設(shè)計；芯片待機(jī)功耗低，可滿足各種能效等級認(rèn)證；采用TOP架構(gòu)，峰值電流可通過外部電阻進(jìn)行編程；內(nèi)部過載和過熱保護(hù)功能完善，提升系統(tǒng)可靠性。

• 功能說明：

1. 啟動功能：內(nèi)部高壓管在電源接通后對輸入進(jìn)行直接拉取啟動電流，無需高壓啟動電阻，大幅降低待機(jī)功耗；

2. PWM控制：通過RT/CT電阻電容設(shè)定振蕩頻率，控制一次側(cè)MOSFET的開關(guān)頻率及占空比，實現(xiàn)輸出功率調(diào)節(jié)；

3. 過流檢測：CS電阻采樣功率管電流，對比內(nèi)部基準(zhǔn)，當(dāng)電流超過設(shè)定值時立即關(guān)斷開關(guān)并啟動限流保護(hù)；

4. 過溫保護(hù)：內(nèi)部溫度傳感電路，當(dāng)溫度超過150℃時，芯片關(guān)閉輸出直到溫度恢復(fù)；

5. 反饋調(diào)節(jié)：FB腳連接次級光耦反饋，通過調(diào)節(jié)占空比實現(xiàn)輸出穩(wěn)壓。

4.2 功率開關(guān)管選型

• 型號：AOZ5192 / S8050（示例），或根據(jù)需求選擇MOSFET

• AOZ5192：700V、0.7Ω、45mA柵極電荷增強(qiáng)型MOSFET

• S8050：不同規(guī)格可選，此處示例

• 器件功能：在OB2263內(nèi)部集成MOSFET的情況下，若考慮熱性能或高功率應(yīng)用，可外置增強(qiáng)型MOSFET以降低導(dǎo)通損耗，提高效率。

• 選型理由：AOZ5192耐壓700V，導(dǎo)通電阻低至0.7Ω，柵極電荷小，開關(guān)損耗低；封裝采用TO-220F或TO-252，散熱性能好；能夠承受峰值反壓，適合在高壓邊工作。

• 功能說明：

1. 開關(guān)變換：MOSFET作為開關(guān)元件，在OB2263控制下按PWM信號導(dǎo)通與關(guān)斷，將輸入高壓DC變換為脈動能量；

2. 散熱作用：低導(dǎo)通電阻減少導(dǎo)通損耗，同時封裝良好的散熱設(shè)計確保長時間穩(wěn)定工作；

3. 保護(hù)特性：MOSFET內(nèi)部二極管可以承受反向電流，外部加入RCD吸收鉗位電路可進(jìn)一步保護(hù)元件。

4.3 變壓器設(shè)計與選型

• 型號：自制或選用EE16/EI33骨架變壓器（視功率需求調(diào)整），線材選用高頻Enameled Copper Wire 0.2–0.5mm

• 器件功能：實現(xiàn)一次側(cè)高壓DC到次級所需12V的隔離與電能轉(zhuǎn)換；承擔(dān)隔離、磁儲能、能量傳遞等功能。

• 選型理由：EE16與EI33骨架結(jié)構(gòu)成熟，磁性能好、成本低；根據(jù)12W功率和工作頻率（約65kHz），選用適當(dāng)磁芯材料（如Ferroxube U50）與匝數(shù)比設(shè)計，保證磁飽和裕量及效率。

• 功能說明：

1. 匝比設(shè)計：一次側(cè)匝數(shù)根據(jù)飽和磁通密度與工作電壓決定，典型設(shè)計為一次側(cè)匝數(shù)約120T，次級12V輸出匝數(shù)約20T，輔助繞組用于提供芯片電源與反饋電壓；

2. 漏感與磁滯損耗：通過合理繞制與絞線技術(shù)，控制漏感在300nH左右，以減少開關(guān)尖峰；磁芯選用低損耗材料，實現(xiàn)高效率；

3. 絕緣與阻燃：線圈間使用聚酯薄膜或聚酰亞胺膠帶絕緣，確保耐壓4kV以上；

4. 結(jié)構(gòu)設(shè)計：次級多個引出線集中排布，減少漏感，并在繞組之間添加屏蔽紙分層，進(jìn)一步降低電容耦合干擾。

4.4 輸出整流與濾波元件

• 肖特基二極管型號：SS14 (1A, 40V, SWIFT) 或 MBR340（3A, 40V）

• 輸出電感型號：LQH3NPNR15R0KLK0L（150μH）（如需更大電流可選220μH）

• 輸出電容型號：Rubycon 16V 220μF 105°C 或 Panasonic FR系列 16V 220μF

• 器件功能：輸出整流二極管將次級變壓器輸出的交流脈動整流為直流，并由LC濾波網(wǎng)絡(luò)濾除紋波，提供穩(wěn)定的12V直流輸出。

• 選型理由：SS14具有低正向壓降（約0.5V）、快速恢復(fù)特性，適合高頻開關(guān)電源；若考慮更大的負(fù)載余量，可選用MBR340；輸出電感與電容選用105°C高溫系列，保證在嚴(yán)酷環(huán)境下穩(wěn)定工作；電感選用磁芯損耗低、飽和電流大于2A的型號，避免飽和導(dǎo)致輸出失真。

• 功能說明：

1. 肖特基二極管：低導(dǎo)通電壓降低整流損耗，提高輸出效率；快速恢復(fù)防止反向恢復(fù)電流導(dǎo)致EMI；

2. 輸出電感：與電容構(gòu)成PI濾波，濾除開關(guān)頻率紋波，減小輸出噪聲；

3. 輸出電容：提供瞬態(tài)電流，與輸出電感一起維持輸出電壓穩(wěn)定，減少紋波；高品質(zhì)電解電容保證長壽命。

4.5 反饋與穩(wěn)壓電路元件

• TL431型號：TL431AH 跨阻運(yùn)放型可編程精密參考源

• 光耦隔離器型號：PC817 或 HCPL-817（萬級帶寬，次級反饋）

• 反饋電阻型號：Yageo 1%精度 1kΩ、4.7kΩ（示例）

• 器件功能：TL431與光耦結(jié)合實現(xiàn)次級對一次側(cè)的隔離反饋，將輸出電壓誤差轉(zhuǎn)換為光耦驅(qū)動信號，反饋至OB2263的FB端，實現(xiàn)精確穩(wěn)壓。

• 選型理由：TL431AH具有溫漂小、基準(zhǔn)電壓精準(zhǔn)（2.495V±1%），在12V輸出設(shè)計中設(shè)計簡便；PC817光耦帶足夠CTR，隔離等級高；反饋電阻選用1%精度金屬膜電阻，保證反饋精度；

• 功能說明：

1. 參考與比較：TL431在電阻分壓網(wǎng)絡(luò)下，當(dāng)次級輸出電壓高于設(shè)定值時導(dǎo)通，驅(qū)動光耦LED；

2. 光耦隔離：LED光信號被光耦受光二極管接收，通過隔離電流傳輸至一次側(cè)，避免直接電氣連接；

3. FB調(diào)節(jié)：光耦集電極連接OB2263 FB腳與VCC，通過調(diào)節(jié)FB電流改變芯片占空比，實現(xiàn)自動穩(wěn)壓；

4. 保護(hù)作用：當(dāng)輸出過壓或斷線時，TL431導(dǎo)通異常，OB2263自動限制或關(guān)閉輸出，保護(hù)負(fù)載。

4.6 輸入部分EMI濾波與防雷浪涌元件

• 輸入共模電感型號：TDK DE20MF-47M-2（47mH）

• 差模電感型號：Wurth 74477147（共模100μH）

• X電容型號：Yageo 275VAC X2 0.1μF

• Y電容型號：Yageo Y2 470pF 250VAC

• MOV型號：Epcos MOV-14D471K（275VAC）

• 浪涌限流NTC型號：TDK MZ20/15D-5

• 熔斷器型號：Littelfuse 5x20mm 250VAC 2A慢斷熔斷器

• 器件功能：EMI濾波器由共模電感、差模電感與X、Y電容構(gòu)成，用以濾除來自電網(wǎng)及電源開關(guān)噪聲，滿足EMI標(biāo)準(zhǔn)；MOV和NTC用于抑制浪涌、電涌，熔斷器用于輸入過流保護(hù)。

• 選型理由：

1. TDK共模電感與Wurth差模電感搶先滿足EMI標(biāo)準(zhǔn)；

2. X2電容與Y2電容具備認(rèn)證安全級別，耐壓高、泄漏低，保證可靠性；

3. MOV-14D471K峰值能量吸收高達(dá) 40J，有效抑制浪涌沖擊；

4. NTC啟動時限流至0.5A左右，避免浪涌電流損壞元件；

5. 熔斷器額定2A，可在輸入短路或嚴(yán)重故障時及時切斷電源，保護(hù)后續(xù)電路。

• 功能說明：

1. EMI抑制：共模電感對共模干擾提供高阻抗，X電容與差模電感組合抑制差模干擾；

2. 浪涌抑制：NTC在常溫下有較大阻值，啟動時限流；MOV在高壓脈沖時導(dǎo)通，將浪涌能量吸收至地；

3. 過流保護(hù)：熔斷器在超過額定電流后熔斷，保護(hù)上游線路。

4.7 PCB連接及過壓吸收元件

• RCD吸收電路：

• 電阻型號：Vishay RC 1kΩ 1W 2512

• 電容型號：Murata 47pF 2kV 陶瓷電容

• 二極管型號：BAV99 雙向高壓快恢復(fù)二極管（70V）

• TVS二極管型號：SMBJ24A （24V單向）

• 器件功能：在MOSFET關(guān)斷瞬間，變壓器漏感產(chǎn)生的尖峰電壓通過RCD電路鉗位，保護(hù)開關(guān)管；TVS二極管用于次級浪涌保護(hù)，當(dāng)輸出出現(xiàn)過壓瞬間，將瞬態(tài)高壓鉗制在安全范圍。

• 選型理由：

1. 1kΩ功率電阻可承受高能量脈沖且響應(yīng)速度快；

2. 47pF陶瓷電容耐壓2kV，能夠與RCD配合吸收高頻尖峰；

3. BAV99雙向二極管快恢復(fù)性能優(yōu)越，可在數(shù)十納秒內(nèi)完成鉗位；

4. SMBJ24A TVS二極管功率大、響應(yīng)快，可承受高達(dá)600W鉗位功率，保護(hù)輸出側(cè)負(fù)載。

• 功能說明：

1. RCD鉗位：開關(guān)管關(guān)斷后，漏感產(chǎn)生電壓尖峰，經(jīng)電阻分壓至電容，二極管導(dǎo)通使尖峰電流流入電容并慢慢消散；

2. TVS保護(hù)：當(dāng)輸出電壓超出16V以上時，TVS導(dǎo)通，將過壓導(dǎo)入地線，保護(hù)下游電路。

五、PCB布局與散熱考慮

在高頻開關(guān)電源設(shè)計中，合理的PCB布局對電源性能至關(guān)重要。針對OB2263設(shè)計，布局應(yīng)遵循以下原則：

1. 高壓與低壓部分分區(qū)：將輸入EMI濾波、整流與開關(guān)管區(qū)域與低壓控制區(qū)分開，盡量避免噪聲耦合；

2. 短回路路徑：功率回路（MOSFET-變壓器-整流二極管-輸出電容）走線盡量短且寬，減小寄生電感與電阻；

3. 散熱設(shè)計：OB2263芯片及外置MOSFET若產(chǎn)生大量熱量，應(yīng)設(shè)計散熱銅箔區(qū)域，必要時添加散熱片；在PCB下層使用充足銅厚度以利導(dǎo)熱；

4. 接地策略：采用單點或多點接地方式，將功率地與信號地分離，控管回流路徑，降低噪聲對控制回路的干擾；

5. 反饋回路屏蔽：將TL431與光耦所在區(qū)域盡量遠(yuǎn)離開關(guān)噪聲源，并在FB引腳附近布局小阻值電阻，穩(wěn)定反饋信號。

在散熱方面，OB2263內(nèi)部集成功率管具有一定熱阻，如工作環(huán)境溫度高于60℃，需考慮強(qiáng)制風(fēng)冷或額外散熱片；輸出肖特基二極管也會產(chǎn)生熱量，建議在其底部設(shè)計大面積銅箔或散熱片接口，以保證長期穩(wěn)定運(yùn)行。

六、調(diào)試與測試建議

為了保證電源在量產(chǎn)前的性能與可靠性，需進(jìn)行以下測試與調(diào)試：

1. 空載與滿載測試：分別測量輸出電壓與效率，校準(zhǔn)反饋網(wǎng)絡(luò)，使輸出電壓維持在12V±0.1V；

2. 負(fù)載動態(tài)響應(yīng)測試：在突變負(fù)載條件下測試輸出波形，保證負(fù)載跳變時輸出無明顯過沖或下陷；

3. EMI測試：在典型測試環(huán)境中進(jìn)行EMI輻射與傳導(dǎo)測試，優(yōu)化濾波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，確保滿足CE/CCC等認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)；

4. 高溫老化測試：在60℃環(huán)境下滿載工作48小時，驗證元件溫升與長時間穩(wěn)定性；

5. 過載與短路保護(hù)測試：逐步增加負(fù)載至超過設(shè)計功率50%，測試過流保護(hù)動作；短路輸出端，驗證短路自動重啟或保護(hù)定時關(guān)斷功能是否正常；

6. 浪涌與耐壓測試：對輸入端施加AC 300VAC沖擊，驗證MOV與NTC響應(yīng)；對變壓器次級與初級間施加3000VAC耐壓測試，保證絕緣可靠性；

7. 功率因數(shù)測試：使用功率因數(shù)測試儀測試整機(jī)功率因數(shù)，若低于0.5，可考慮增加PFC級或改進(jìn)輸入濾波網(wǎng)絡(luò)。

在調(diào)試過程中，可通過示波器觀察MOSFET驅(qū)動波形、漏源電壓、變壓器次級波形以及輸出整流后紋波，對反饋環(huán)路進(jìn)行微調(diào)，確保系統(tǒng)在各種工作條件下穩(wěn)定可靠。

七、總結(jié)

基于OB2263的12W電源環(huán)路設(shè)計方案，通過選擇合適的芯片及外圍元器件，實現(xiàn)了低待機(jī)功耗、高轉(zhuǎn)換效率和多重保護(hù)功能。OB2263芯片憑借其TOP架構(gòu)和多重保護(hù)功能簡化了設(shè)計，相對于傳統(tǒng)控制方案顯著降低了成本和體積。本文詳細(xì)介紹了各主要元器件的選型理由、功能與設(shè)計要點，為工程人員在實際產(chǎn)品開發(fā)中提供了參考思路。在今后的優(yōu)化迭代中，可根據(jù)應(yīng)用場景需求進(jìn)一步改進(jìn)變壓器結(jié)構(gòu)、優(yōu)化濾波方案，并結(jié)合市場上更高效的半導(dǎo)體器件以提升整體性能。

通過本文所述設(shè)計流程與元器件選型原則，讀者能夠快速搭建并調(diào)試一款穩(wěn)定、高效的12W AC-DC電源適配器，為智能家居、物聯(lián)網(wǎng)終端、小型工控設(shè)備等領(lǐng)域提供可靠電源保障。