某高手談開關電源設計心得

2021-09-08 22:10:12 字數 5082 閱讀 7225

最小線間距只適合訊號控制電路和電壓低於63v的低壓電路,當線間電壓大於該值時一般可按照500v/1mm經驗值取線間距。

鑑於有一些相關標準對線間距有較明確的規定,則要嚴格按照標準執行,如交流入口端至熔斷器端連線。某些電源對體積要求很高,如模組電源。一般變壓器輸入側線間距為1mm實踐證明是可行的。

對交流輸入,(隔離)直流輸出的電源產品,比較嚴格的規定為安全間距要大於等於6mm,當然這由相關的標準及執行方法確定。一般安全間距可由反饋光耦兩側距離作為參考,原則大於等於這個距離。也可在光耦下面印製板上開槽,使爬電距離加大以滿足絕緣要求。

一般開關電源交流輸入側走線或板上元件距非絕緣的外殼、散熱器間距要大於5mm,輸出側走線或器件距外殼或散熱器間距要大於2mm,或嚴格按照安全規範執行。

常用方法:上文提到的線路板開槽的方法適用於一些間距不夠的場合,順便提一下,該法也常用來作為保護放電間隙,常見於電視機顯象管尾板和電源交流輸入處。該法在模組電源中得到了廣泛的應用,在灌封的條件下可獲得很好的效果。

方法二:墊絕緣紙,可採用青殼紙、聚脂膜、聚四氟乙烯定向膜等絕緣材料。一般通用電源用青殼紙或聚脂膜墊**路板於金屬機殼間,這種材料有機械強度高,有有一定抗潮濕的能力。

聚四氟乙烯定向膜由於具有耐高溫的特性在模組電源中得到廣泛的應用。在元件和周圍導體間也可墊絕緣薄膜來提高絕緣抗電效能。

注意:某些器件絕緣被覆套不能用來作為絕緣介質而減小安全間距,如電解電容的外皮,在高溫條件下,該外皮有可能受熱收縮。大電解防爆槽前端要留出空間,以確保電解電容在非常情況時能無阻礙地瀉壓.

今天談一談印製板銅皮走線的一些事項:

走線電流密度:現在多數電子線路採用絕緣板縛銅構成。常用線路板銅皮厚度為35μm,走線可按照1a/mm經驗值取電流密度值,具體計算可參見教科書。

為保證走線機械強度原則線寬應大於或等於0.3mm(其他非電源線路板可能最小線寬會小一些)。銅皮厚度為70μm 線路板也常見於開關電源,那麼電流密度可更高些。

補充一點,現常用線路板設計工具軟體一般都有設計規範項,如線寬、線間距,旱盤過孔尺寸等引數都可以進行設定。在設計線路板時,設計軟體可自動按照規範執行,可節省許多時間,減少部分工作量,降低出錯率。

一般對可靠性要求比較高的線路或佈線線密度大可採用雙面板。其特點是成本適中,可靠性高,能滿足大多數應用場合。

模組電源行列也有部分產品採用多層板,主要便於整合變壓器電感等功率器件,優化接線、功率管散熱等。具有工藝美觀一致性好,變壓器散熱好的優點,但其缺點是成本較高,靈活性較差,僅適合於工業化大規模生產。

單面板,市場流通通用開關電源幾乎都採用了單面線路板,其具有低成本的優勢,在設計,及生產工藝上採取一些措施亦可確保其效能。

今天談談單面印製板設計的一些體會,由於單面板具有成本低廉,易於製造的特點,在開關電源線路中得到廣泛應用,由於其只有一面縛銅,器件的電器連線,機械固定都要依靠那層銅皮,在處理時必須小心。

為保證良好的焊接機械結構效能,單面板焊盤應稍微大一些,以確保銅皮和基板的良好縛著力,而不至於受到震動時銅皮剝離、斷脫。一般焊環寬度應大於 0.3mm。

焊盤孔直徑應略大於器件引腳直徑,但不宜過大,保證管腳與焊盤間由焊錫連線距離最短,盤孔大小以不妨礙正常查件為度,焊盤孔直徑一般大於管腳直徑0.1-0.2mm。

多引腳器件為保證順利查件,也可更大一些。

電氣連線應盡量寬,原則寬度應大於焊盤直徑,特殊情況應在連線於與焊盤交匯必須將線加寬(俗稱生成淚滴),避免在某些條件線與焊盤斷裂。原則最小線寬應大於0.5mm。

單面板上元器件應緊貼線路板。需要架空散熱的器件,要在器件與線路板之間的管腳上加套管,可起到支撐器件和增加絕緣的雙重作用,要最大限度減少或避免外力衝擊對焊盤與管腳連線處造成的影響,增強焊接的牢固性。線路板上重量較大的部件可增加支撐連線點,可加強與線路板間連線強度,如變壓器,功率器件散熱器。

單面板焊接面引腳在不影響與外殼間距的前題條件下,可留得長一些,其優點是可增加焊接部位的強度,加大焊接面積、有虛焊現象可即時發現。引腳長剪腿時,焊接部位受力較小。在台灣、日本常採用把器件引腳在焊接面彎成與線路板成45度角,然後再焊接的工藝,的其道理同上。

今天談一談雙面板設計中的一些事項,在一些要求比較高,或走線密度比較大的應用環境中採用雙面印製板,其效能及各方面指標要比單面板好很多。

雙面板焊盤由於孔已作金屬化處理強度較高,焊環可比單面板小一些,焊盤孔孔徑可比管腳直徑略微大一些,因為在焊接過程中有利於焊錫溶液通過焊孔滲透到頂層焊盤,以增加焊接可靠性。但是有乙個弊端,如果孔過大,波峰焊時在射流錫衝擊下部分器件可能上浮,產生一些缺陷。

大電流走線的處理,線寬可按照前帖處理,如寬度不夠,一般可採用在走線上鍍錫增加厚度進行解決,其方法有好多種

1, 將走線設定成焊盤屬性,這樣**路板製造時該走線不會被阻焊劑覆蓋,熱風整平時會被鍍上錫。

2, 在佈線處放置焊盤,將該焊盤設定成需要走線的形狀,要注意把焊盤孔設定為零。

3, 在阻焊層放置線,此方法最靈活,但不是所有線路板生產商都會明白你的意圖,需用文字說明。在阻焊層放置線的部位會不塗阻焊劑。

線路鍍錫的幾種方法如上,要注意的是,如果很寬的的走線全部鍍上錫,在焊接以後,會粘接大量焊錫,並且分布很不均勻,影響美觀。一般可採用細長條鍍錫寬度在1~1.5mm,長度可根據線路來確定,鍍錫部分間隔0.

5~1mm 雙面線路板為布局、走線提供了很大的選擇性,可使佈線更趨於合理。關於接地,功率地與訊號地一定要分開,兩個地可在濾波電容處匯合,以避免大脈衝電流通過訊號地連線而導致出現不穩定的意外因素,訊號控制迴路盡量採用一點接地法,有乙個技巧,盡量把非接地的走線放置在同一佈線層,最後在另外一層鋪地線。輸出線一般先經過濾波電容處,再到負載,輸入線也必須先通過電容,再到變壓器,理論依據是讓紋波電流都通過旅濾波電容。

電壓反饋取樣,為避免大電流通過走線的影響,反饋電壓的取樣點一定要放在電源輸出最末梢,以提高整機負載效應指標。

走線從乙個佈線層變到另外乙個佈線層一般用過孔連通,不宜通過器件管腳焊盤實現,因為在插裝器件時有可能破壞這種連線關係,還有在每1a電流通過時,至少應有2個過孔,過孔孔徑原則要大於0.5mm,一般0.8mm可確保加工可靠性。

器件散熱,在一些小功率電源中,線路板走線也可兼散熱功能,其特點是走線盡量寬大,以增加散熱面積,並不塗阻焊劑,有條件可均勻放置過孔,增強導熱性能。

今天談談鋁基板在開關電源中的應用和多層印製板在開關電源電路中的應用。

鋁基板由其本身構造,具有以下特點:導熱性能非常優良、單面縛銅、器件只能放置在縛銅面、不能開電器連線孔所以不能按照單面板那樣放置跳線。

鋁基板上一般都放置貼片器件,開關管,輸出整流管通過基板把熱量傳導出去,熱阻很低,可取得較高可靠性。變壓器採用平面貼片結構,也可通過基板散熱,其溫公升比常規要低,同樣規格變壓器採用鋁基板結構可得到較大的輸出功率。鋁基板跳線可以採用搭橋的方式處理。

鋁基板電源一般由由兩塊印製板組成,另外一塊板放置控制電路,兩塊板之間通過物理連線合成一體。

由於鋁基板優良的導熱性,在小量手工焊接時比較困難,焊料冷卻過快,容易出現問題現有乙個簡單實用的方法,將乙個燙衣服的普通電熨斗(最好有調溫功能), 翻過來,熨燙面向上,固定好,溫度調到150℃左右,把鋁基板放在熨斗上面,加溫一段時間,然後按照常規方法將元件貼上並焊接,熨斗溫度以器件易於焊接為宜,太高有可能時器件損壞,甚至鋁基板銅皮剝離,溫度太低焊接效果不好,要靈活掌握.

最近幾年,隨著多層線路板在開關電源電路中應用,使得印製線路變壓器成為可能,由於多層板,層間距較小,也可以充分利用變壓器視窗截面,可在主線路板上再加一到兩片由多層板組成的印製線圈達到利用視窗,降低線路電流密度的目的,由於採用印製線圈,減少了人工干預,變壓器一致性好,平面結構,漏感低,偶合好。開啟式磁芯,良好的散熱條件。由於其具有諸多的優勢,有利於大批量生產,所以得到廣泛的應用。

但研製開發初期投入較大,不適合小規模生。

開關電源分為,隔離與非隔離兩種形式,在這裡主要談一談隔離式開關電源的拓撲形式,在下文中,非特別說明,均指隔離電源。隔離電源按照結構形式不同,可分為兩大類:正激式和反激式。

反激式指在變壓器原邊導通時副邊截止,變壓器儲能。原邊截止時,副邊導通,能量釋放到負載的工作狀態,一般常規反激式電源單管多,雙管的不常見。正激式指在變壓器原邊導通同時副邊感應出對應電壓輸出到負載,能量通過變壓器直接傳遞。

按規格又可分為常規正激,包括單管正激,雙管正激。半橋、橋式電路都屬於正激電路。

正激和反激電路各有其特點,在設計電路的過程中為達到最優價效比,可以靈活運用。一般在小功率場合可選用反激式。稍微大一些可採用單管正激電路,中等功率可採用雙管正激電路或半橋電路,低電壓時採用推挽電路,與半橋工作狀態相同。

大功率輸出,一般採用橋式電路,低壓也可採用推挽電路。

反激式電源因其結構簡單,省掉了乙個和變壓器體積大小差不多的電感,而在中小功率電源中得到廣泛的應用。在有些介紹中講到反激式電源功率只能做到幾十瓦, 輸出功率超過100瓦就沒有優勢,實現起來有難度。本人認為一般情況下是這樣的,但也不能一概而論,pi公司的top晶元就可做到300瓦,有文章介紹反激電源可做到上千瓦,但沒見過實物。

輸出功率大小與輸出電壓高低有關。

反激電源變壓器漏感是乙個非常關鍵的引數,由於反激電源需要變壓器儲存能量,要使變壓器鐵芯得到充分利用,一般都要在磁路中開氣隙,其目的是改變鐵芯磁滯迴線的斜率,使變壓器能夠承受大的脈衝電流衝擊,而不至於鐵芯進入飽和非線形狀態,磁路中氣隙處於高磁阻狀態,在磁路中產生漏磁遠大於完全閉合磁路。

變壓器初次極間的偶合,也是確定漏感的關鍵因素,要盡量使初次極線圈靠近,可採用三明治繞法,但這樣會使變壓器分布電容增大。選用鐵芯盡量用視窗比較長的磁芯,可減小漏感,如用ee、ef、eer、pq型磁芯效果要比ei型的好。

關於反激電源的占空比,原則上反激電源的最大占空比應該小於0.5,否則環路不容易補償,有可能不穩定,但有一些例外,如美國pi公司推出的 top系列晶元是可以工作在占空比大於0.5的條件下。

占空比由變壓器原副邊匝數比確定,本人對做反激的看法是,先確定反射電壓(輸出電壓通過變壓器耦合反映到原邊的電壓值),在一定電壓範圍內反射電壓提高則工作占空比增大,開關管損耗降低。反射電壓降低則工作占空比減小,開關管損耗增大。當然這也是有前提條件,當占空比增大,則意味著輸出二極體導通時間縮短,為保持輸出穩定,更多的時候將由輸出電容放電電流來保證,輸出電容將承受更大的高頻紋波電流沖刷,而使其發熱加劇,這在許多條件下是不允許的。

占空比增大,改變變壓器匝數比,會使變壓器漏感加大,使其整體效能變,當漏感能量大到一定程度,可充分抵消掉開關管大占空帶來的低損耗,時就沒有再增大占空比的意義了,甚至可能會因為漏感反峰值電壓過高而擊穿開關管。由於漏感大,可能使輸出紋波,及其他一些電磁指標變差。當占空比小時,開關管通過電流有效值高,變壓器初級電流有效值大,降低變換器效率,但可改善輸出電容的工作條件,降低發熱。

如何確定變壓器反射電壓(即占空比)

開關電源設計心得

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