开关电源模组的设计重点

EDA365电子论坛 发表于 2020-11-18 10:03:31 收藏 已收藏
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400万+工程师在用
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开关电源模组的设计重点

EDA365电子论坛 发表于 2020-11-18 10:03:31

其实对于一个开关电源工程师而言,PCB的绘制其实是对一款产品的影响至关重要的部分,如果你不能很好的Layout的话,整个电源很有可能不能正常工作,最小问题也是稳波或者EMC过不去。  

  这是别人家的成品开关电源,模组,今天以这个电源模组的设计重点跟大家聊聊。    

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经验一:安规走线间距

这个是写在协议里面的,如果你不按照这个做,耐压测试一定是过不了的,因为高电压,会直接空气击穿。注意保险丝之前的距离是比较远的,要求3mm以上,这就是为啥保险丝都会放在电路最前端的原因。
第二个要注意的是就算安规没有写,如果两根走线太近,正常工作也依然会击穿的,两根1mm间距的PCB外层耐压是200V,所以一般220v交流或者310V直流的走线距离至少2mm以上,一般都是在2.5mm以上的。
 

  这些器件都是有安规要求的,说白了,就是两个器件有最小尺寸需求的,太小的器件其实是不可能过安规的,这就是所谓的开关电源PCB工程师实质上是带着镣铐在跳舞的原因。  

  开关电源变压器的骨架,同样是为了符合安规所以要有严格的把关。尤其是初级,到次级的距离,小功率变压器是必须飞线的。  

  飞线的长度也要被管控,如果飞线太短,耐压可能会受到影响,而如果飞线太长,会有可能对外辐射电磁信号,EMC过不了,所以需要在规格书里面详细写清楚,PCB绘制的时候,飞线的焊盘一定要注意,不能太妖孽。   

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经验二:电流走向

这个其实很少有真的被提及,其实原因也很简单,很多人不注意啊。  

  注意这里保险丝之后,接压敏电阻VR1再接x2电容的走线,完全是绕了一个弯这是为什么?   理由很简单,不让电流在PCB上面有回头路可以走。电流只走阻抗最小的部分,如果直接覆铜,必经的元器件就有可能会被跳过,所以这样做不可以。  

  同样的,这里的电解电容,一样是为了避免电流绕过必经的电容,直接流到负载上。   虽然画法不同,但是实际起到的作用是一样的。  

  这就是一个错误的案例,红色L火线先接了共模电感,再接的x2电容,共模电感到x2电容的这段线就会产生一个奇妙的现象,电流来回走,变成了一根天线,x2电流充电的时候,导线内部电流是正向,电容放电的时候,导线内部的电流是反向的,这不是天线是什么?  

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经验三:最小高压主电流回路

  这就是实际布线时候的布局,大家可以参考一下,JT1是飞线,直接把310V正电压引入了变压器。  

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经验四:独立电压采样走线

开关电源的采样电压一定要和开关电源的大电流走线分开。要从开关电源输出电源的最末端去独立拉线采样,这样可以避免负载电流对采样线上形成的干扰。  

  采样电路在最末端。直接从负载输出端取电压,采样走线上不走大电流,避免了各种采样误差。

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经验五:PCB载流能力

众所周知PCB的过电流能力是有限的,但是PCB上的电流究竟能过多少呢?  

  上面这个表格可以给你一个详细的参考。看过表格,你应该知道了对于小功率开关电源而言,高压侧的走线完全没有必要搞的很粗,除非是为了为器件提供散热,否则1mm一般是足够的,最多2mm多数情况都能够胜任了。   但是对于低压侧,大电流怎么办?  

  一方面是增加线宽,一方面是通过去掉部分阻焊层,并在钢网层制造窗口,让导线上锡水。导线的载流能力就会得到相应的增加。(注意一定要在Paste钢网层开孔,否则不会真的上焊锡的,切记切记)  

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经验六:PCB过孔散热的技巧

  许多时候我们需要通过PCB线路板来散热,这个时候我们会打一些过孔,然后把热量传递到PCB的反面去。   这时候有一个小技巧,那就是孔塞可以增加热传导的效率,但是孔塞有一个常见最大孔塞直径,一般是过孔直径不大于0.45mm、我保险一点一般都是取0.4mm直径。  

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经验七:放电管的绘制

  一般在开关电源的高压侧与低压侧之间会有一个放电管,用来释放静电。  

许多工程师都会最后在PCB Layout的时候手工绘制。   而我的建议是直接做成一个封装,然后和PCB关联调用,这样不会破坏PCB的联动性。   只是说你需要绘制两个异形封装罢了。还算比较容易。  

  注意这里只需要去掉阻焊层,千万不要在中间绘制钢网层,因为这里是不需要上锡的,只有焊盘需要上锡。  

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经验八:元器件封装

一般而言,元器件一律按照IPC-SM-782A封装标准制作,对于个别需要承受高压的采样电阻单独对待,因为电阻焊盘之间的间距和耐压有关,所以焊盘需要适当拉开一些,但是同时又不能拉的太开,避免不必要的焊接不良率。     这是控制器用来直接连接高压的采样分压电阻,如果间距不符合要求,很有可能就会耐压不够击穿。贴片电阻器也是有耐压的,不过耐压不够就要加大封装。  

  这些差不多就是在开关电源设计时候的,全部PCB绘制经验了。   说实话,开关电源的绘制一路被人忽悠过来,这里面半桶水的人太多了,很多都是玄学,而这些都是相对来说算是靠谱一些的,试验后验证过的经验,这也是那些开关电源制作大牛们的血泪教训,很多时候他们当然不希望别人知道,这也没有办法,今天分享出来就是希望能有更少的人去走这些弯路,能给大家一些帮助。  

        责任编辑:lq

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