电子工程师谈开关电源设计心得

电子工程师谈开关电源设计心得首先从开关电源的设计及生产工艺开始描述吧，先说说印制板的设计。开关电源工作在高频率，高脉冲状态，属于模拟电路中的一个比较特殊种类。布板时须遵循高频电路布线原则。1、布局：脉冲电压连线尽可能短，其中输入开关管到变压器连线，输出变压器到整流管连接线。脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变压器电路中X电容要尽量接近开关电源输入端，输入线应避免与其他电路平行，应避开。Y电容应放置在机壳接地端子或FG连接端。共摸电感应与变压器保持一定距离，以避免磁偶合。如不好处理可在共摸电感与变压器间加一屏蔽，以上几项对开关电源的EMC性能影响较大。输出电容一般可采用两只一只靠近整流管另一只应靠近输出端子，可影响电源输出纹波指标，两只小容量电容并联效果应优于用一只大容量电容。发热器件要和电解电容保持一定距离，以延长整机寿命，电解电容是开关电源寿命的瓶劲，如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离，电解之间也须留出散热空间，条件允许可将其放置在进风口。控制部分要注意：高阻抗弱信号电路连线要尽量短如取样反馈环路，在处理时要尽量避免其受干扰、电流取样信号电路，特别是电流控制型电路，处理不好易出现一些想不到的意外，其中有一些技巧，现以3843电路举例见图（1）图一效果要好于图二，图二在满载时用示波器观测电流波形上明显叠加尖刺，由于干扰限流点比设计值偏低，图一则没有这种现象、还有开关管驱动信号电路，开关管驱动电阻要靠近开关管，可提高开关管工作可靠性，这和功率MOSFET高直流阻抗电压驱动特性有关。下面谈一谈印制板布线的一些原则。线间距：随着印制线路板制造工艺的不断完善和提高，一般加工厂制造出线间距等于甚至小于0.1mm已经不存在什么问题，完全能够满足大多数应用场合。考虑到开关电源所采用的元器件及生产工艺，一般双面板最小线间距设为0.3mm，单面板最小线间距设为0.5mm，焊盘与焊盘、焊盘与过孔或过孔与过孔，最小间距设为0.5mm，可避免在焊接操作过程中出现“桥接”现象。，这样大多数制板厂都能够很轻松满足生产要求，并可以把成品率控制得非常高，亦可实现合理的布线密度及有一个较经济的成本。最小线间距只适合信号控制电路和电压低于63V的低压电路，当线间电压大于该值时一般可按照500V/1mm经验值取线间距。鉴于有一些相关标准对线间距有较明确的规定，则要严格按照标准执行，如交流入口端至熔断器端连线。某些电源对体积要求很高，如模块电源。一般变压器输入侧线间距为1mm实践证明是可行的。对交流输入，（隔离）直流输出的电源产品，比较严格的规定为安全间距要大于等于6mm，当然这由相关的标准及执行方法确定。一般安全间距可由反馈光耦两侧距离作为参考，原则大于等于这个距离。也可在光耦下面印制板上开槽，使爬电距离加大以满足绝缘要求。一般开关电源交流输入侧走线或板上元件距非绝缘的外壳、散热器间距要大于5mm，输出侧走线或器件距外壳或散热器间距要大于2mm,或严格按照安全规范执行。常用方法：上文提到的线路板开槽的方法适用于一些间距不够的场合，顺便提一下，该法也常用来作为保护放电间隙，常见于电视机显象管尾板和电源交流输入处。该法在模块电源中得到了广泛的应用，在灌封的条件下可获得很好的效果。方法二：垫绝缘纸，可采用青壳纸、聚脂膜、聚四氟乙烯定向膜等绝缘材料。一般通用电源用青壳纸或聚脂膜垫在线路板于金属机壳间，这种材料有机械强度高，有有一定抗潮湿的能力。聚四氟乙烯定向膜由于具有耐高温的特性在模块电源中得到广泛的应用。在元件和周围导体间也可垫绝缘薄膜来提高绝缘抗电性能。注意：某些器件绝缘被覆套不能用来作为绝缘介质而减小安全间距，如电解电容的外皮，在高温条件下，该外皮有可能受热收缩。大电解防爆槽前端要留出空间，以确保电解电容在非常情况时能无阻碍地泻压.下面谈一谈印制板铜皮走线的一些事项:走线电流密度：现在多数电子线路采用绝缘板缚铜构成。常用线路板铜皮厚度为35μm，走线可按照1A/mm经验值取电流密度值，具体计算可参见教科书。为保证走线机械强度原则线宽应大于或等于0.3mm(其他非电源线路板可能最小线宽会小一些)。铜皮厚度为70μm线路板也常见于开关电源，那么电流密度可更高些。役妙补充狭一点恒，现钉常用肾线路绒板设馒计工丛具软陶件一道般都等有设腰计规匆范项干，如懒线宽养、线阴间距牧，旱利盘过参孔尺阵寸等步参数镇都可敢以进康行设退定。申在设际计线愉路板在时，形设计遭软件撑可自壤动按择照规疲范执誓行，钟可节倘省许压多时淡间，羽减少撑部分恋工作延量，靠降低坡出错巡率。异音一般供对可混靠性柱要求依比较宁高的户线路漠或布披线浸线肥密度沉大可呜采用跨双面规板。与其特晚点是陪成本炕适中把，可葛靠性扬高，冲能满牛足大田多数泉应用痰场合臂。抛梳模块兔电源荷行列茶也有编部分溜产品负采用念多层饶板，遣主要龙便于煮集成把变压汗器电渠感等真功率唤器件黑，优穷化接徒线、扬功率确管散辣热等制。具邀有工塌艺美岁观一膝致性立好，堆变压称器散丘热好颜的优传点，泡但其扇缺点担是成照本较锁高，骨灵活圣性较碑差，岸仅适持合于馒工业竭化大革规模扮生产咽。惑叛单面下板，吵市场辈流通敏通用企开关章电源尸几乎迅都采敲用了志单面裳线路竟板，狂其具士有低寻成本牲的优粒势，捆在设律计，艳及生踪产工毙艺上扔采取弯一些令措施愧亦可随确保浪其性适能。很径今天忌谈谈穴单面菊印制员板设逃计的暴一些怠体会咐，由渡于单咽面板稿具有董成本细低廉破，易奥于制盒造的的特点冤，在王开关凉电源词线路沟中得眨到广临泛应裙用，衣由于絮其只啄有一捷面缚旁铜，赛器件版的电勉器连筒接，脂机械幼固定芳都要钟依靠款那层分铜皮准，在压处理群时必他须小窃心。野罗为保磁证良您好的绕焊接栗机械标结构伴性能僻，单索面板晶焊盘配应稍晒微大美一些数，以社确保晕铜皮乡和基遥板的锐良好浪缚乖着力蓝，而榜不至狼于受岗到震诉动时斩铜皮展剥离位、断忽脱。厦一般余焊环提宽度樱应大搂于嚼0近.3锅mm忙。焊夹盘孔泳直径膜应略绝大于叛器件扮引脚蒙直径鼠，但湾不宜叹过大春，保况证管秘脚与忌焊盘挎间由烫焊锡灰连接榨距离藏最短知，惹盘孔顾大小陶以不解妨碍帆正常顶查件锈为度树，焊泽盘孔馆直径爸一般牛大于君管脚律直径尼0.句1-支0.颤2m温m值。多倡引脚布器件翠为保奋证顺乔利查宣件，记也可龙更大芳一些帜。臂竭电气注连线锡应尽始量宽百，原玉则宽援度应擦大于宰焊盘竿直径嚼，特摧殊情菊况应跃在连触线于泊与焊即盘交赔汇必翼须将桑线加众宽降(路俗称辆生成案泪滴逼)译，避苦免在密某些绕条件晨线与铅焊盘核断裂铁。原辱则最钞小线学宽应旬大于舅0.装5m内m展。耍蛮单面必板上衡元器华件应比紧贴掏线路抵板。厨需要女架空废散热番的器扛件，户要在匪器件盖与线剑路板娘之间换的管抬脚上轧加套文管，答可起盟到支娇撑器丹件和芬增加性绝缘响的双受重作勺用，葡要最摆大限酿度减房少或越避免满外力粮冲击需对焊赔盘与陶管脚刘连接选处造皆成惩的影求响，浩增强求焊接怠的牢博固性慈。线进路板乘上重陪量较蔑大的锦部件顾可增巾加支愚撑连田接点渡，可固加强鬼与线疗路板贱间连抢接强心度，搂如变宋压器场，功脉率器炕件散矮热器汤。寸狂仆单面幅板焊励接面巾引脚拉在不平影响肚与外宋壳间偏距的错前题响条件呼下，牌可留赢得长燕一些狗，其股优点漏是可困增爹加焊貌接部微位的弃强度纸，加联大焊野接面郊积、提有虚炭焊现渡象可艺即时摄发现读。引衣脚立长剪犁腿程时，定焊接亚部位歌受力寿较小茶。在厨台湾收、日汉本常爱采用鞋把器速件引榨脚在赔焊接画面弯抛成与转线路败板成茶45劣度亮角，氏然后届再焊茫接的覆工艺胃，的淋其道胖理同归上。索今天穗谈一搭谈双壶面板傻设计异中的象一些伐事项致，在覆一所些要互求比跑较高鸣，或奸走线优密度周比较旷大的芬应用奇环境汁中采项用双消面印趣制板球，其哭性能巾及各早方面沃指标饶要比阴单面湖板好街很多耀。偶号双面楚板焊碗盘由涛于孔耳已作鱼金属丹化处耳理强夜度较缠高，膜焊环孔可比储单面雕板小列一些沫，焊萝盘孔趋孔径腊可艘比管著脚直胖径略捐微大跌一些番，因厉为在锯焊接渐过程寇中有管利于浸焊锡絮溶液蚁通过石焊孔博渗透舍到顶抵层焊修盘，设以增边加焊当接可秆靠性阻。但罗是有奶一个淋弊端话，如区果孔忙过大谅，波恭峰焊阁时在煌射流模锡冲敞击魂下助部分讲器件吗可能坦上浮律，产迅生一段些缺袭陷。械途大电洒流走婆线的酿处理询，线告宽可暂按照县前帖遭处理锅，如孤宽度完不够交，一堵般可喷采用裂在走玩线上裳镀锡垄增加吓厚度挺进行榨解决涉，其碎方法风有好玻多种裙1盛，务将走鉴线设挣置成晓焊盘刑属性透，这成样在盼线路渣板制营造时钢该走气线不滔会搁被阻首焊剂额覆盖降，热崭风整疑平时朵会被趟镀上秒锡。超2姜，度在布涝线处唯放置刮焊盘帅，将采该焊惭盘设刻置成涉需要惜走线完的形寺状，动要注西意把也焊盘耐孔设宏置倘为零鞋。恶3抛，庸在阻杆焊层片放置杜线，肥此方右法最决灵活慧，但阵不是遭所有葵线路站板生狮产商很都会匠明白他你的燃意图拨，需吨用文饱字说禽明。产在阻敲焊层翁放置阿线的弃部位植会不踪涂既阻线焊剂展查线路之镀锡语的几刃种方袖法如恼上，捧要注升意的蜘是，宰如果歪很宽稀的堤的毕走线城全部叔镀上机锡，醉在焊彼接以腰后，彩会粘置接大去量焊才锡，驶并且活分布字很不炉均匀骑，影至响美赵观。枣一般践可采悼用细棵长条佳镀锡饶宽度慕在闯1~匙1.蛾5m成m头，长赞度可旅根据铲线路团来确耕定，仔镀锡腹部分景间隔愤0.冒5~梅1m建m盯双面肺线路巴板为腐布局缎、走吴线提垒供了庄很大犬的选效择性它，可美使布暮线更晨趋于浊合理盯。关箩于接雄地，鼓功率核地与吊信号吉地一胡定要双分开购，两受个地终可在篇滤波演电容兆处汇号合，按以避拥免大扇脉冲钢电流誉通过谜信号窗地连融线而怠导致面出现灿不稳把定的组意外悬因素归，信炮号控躁制回忆路尽粪量采颜用一酸点接嗽地法刃，有叨一个猜技巧忧，尽筛量把期非接番地的蜓走线无放置砖在同帐一布术线层稀，最恩后在指另外雪一层索铺地丙线。痰输出唱线一联般先罢经过李滤波骗电容渠处，跨再到至负载纪，输李入线霜也必券须先肃通过朱电容何，再算到变司压器宇，理怎论依就据是庸让纹排波电茅流都世通过庭旅滤灭波电争容。碌涛电压鸽反馈衔取样折，为敬避免罪大电霞流通糖过走旅线的疑影响伙，反惠馈电克压的势取样螺点一泽定要把放在缝电源资输出序最秤末梢侄，以探提高权整机烫负载享效应在指标慈。钻慰走线业从一决个布细线层奏变到互另外甩一个度布线扎层一孔般用标过孔脾连通路，不庄宜通嫩过器武件管剧脚焊占盘实蹲现，易因为帽在插鼓装器问件时碰有可渠能破衔坏这篇种连沾接关挎系，笔还有岗在每撇1A萌电流筛通过只时，舍至少村应有帮2坝个过萄孔，爹过孔爽孔径谎原则循要大洁于传0.塔5m宿m抗，一尝般柔0.足8m翻m斗可确肃保加火工可柳靠性性。田截器件警散热尽，在稠一些穴小功培率电纺源中泛，线鲜路板纸走线嗽也可夏兼散访热功南能，碑其特熄点是辟走线封尽量遭宽大琴，以夹增加副散热岔面积数，并滥不涂病阻焊请剂，治有条斤件可暂均匀筛放置屯过孔嫩，增攀强导田热性岭能。恳示接着疼谈谈位铝基课板在诉开关林电源然中的健应用扩和多详层印紫制板波在开渣关电胀源电朴路中闲的应猪用。便养铝基惩板由残其本届身构畜造，燥具有顿以下贱特点尿：导殃热性裁能非宰常优南良、汇单面疮缚铜纲、器浆件只日能放计置在惠缚铜饮面雪、不已能开洞电器邀连线包孔所敢以不蓄能按侵照单讯面板齿那样蜓放置爱跳线贷。婶挑铝基也板上抓一般申都放参置贴类片器劣件，台开关煌管，觉输出孩整流羞管通会过基篮板把鸦热量乏传导插出去渐，热境阻很循低，伯可取搬得较纵高可低靠性缺。变贩压器种采用针平面抽贴片故结构踏，也饮可通死过基暑板散及热，惜其温分升比旗常规往要低昂，同愁样规嫂格变当压器不采用蹦铝基推板结要构可浸得到搅较大泉的输葱出功冲率。导铝基正板跳姨线可标以采搭用搭佛桥的卫方式短处理愁。铝区基板德电源仇一般盏由语由抬两块翁印制皱板组旱成，垦另外屋一块裳板放必置控催制电答路，纷两块占板之迷间通航过物各理连欣接合弃成一灶体。倚津由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