反激式开关电源LAYOUT注意要点

开关电源的LAYOUT和普通低压产品注意点有些不同,主要体现在安规上,其他规则和常用电路差不了太多.

1.安规

为啥要有安规要求呢?主要是产品在使用过程中,正常情况下,电力系统中的电压波形是正弦波电力系统在运行中由于宙击，操作，故障或电气设备的参数配合不当等原因，引起系统中某些部分的电压突然升高，大大超过其额定电压，这就是过电压。

过电压按其发生的原因可分为两大类，一类是由于直接雷击或雷电感应而引起的过电压，称为外部过电压。雷电冲击电流和冲击电压的幅值都很大，而且持续时间很短，破坏性极大。另一类是因为电力系统内部的能量转换或参数变化引起的，例如切合空载线路，切断空载变压器，系统内发生单相弧光接地等，称为内部过电压。内部过电压是确定电力系统中各种电气设备正常绝缘水平的主要依据。也就是说，产品的绝缘结构的设计不但要考虑额定电压而且要考虑产品使用环境的内部过电压。耐压测试就是检测产品绝缘结构是否能够承受电力系统的内部过电压.

也就是说LAYOUT时要考虑这些因素,不然就过不了耐压测试,例如北美标准参考:Motor-Operated Appliances (Household and Cominercial: CAN/CSA-C22.2 No68-92

要求:产品的带电部分与可能接地的非带电导电体间须施加适当频率的交流电压达 1 分钟。具体测试电压如下:

(a)额定电压为 31-250V的设备，测试电压为 1000 V

(b)额定电压为251-600的设备，测试电压为 1000 V+ 两倍额定电压

(c)额定电压为 31~250V，无接地而且可被人体触及的设备，测试电压为 2500 V

(d)对于30 伏或以下的低电压电路，测试电压为 500 V双重纯缘的产品:

上面只是举个例子,说明安规是一定要注意的,如果产品出口地不同,对应的标准不同,安规要求也有些不一样.

对于LAYOUT,安规主要体现在电气间隙和爬电距离.两个名词在前一文中已经说明

1)电气间隙:

根据测量的工作电压及绝缘等级，查表（ 4943：2H 和2J 和2K，60065-2001表：表8 和表9 和表10） 检索所需的电气间隙即可决定距离；作为电气间隙替代的方法，4943 使用附录G 替换，60065-2001 使用附录J 替换。
GB 8898-2001：电器间隙考虑的主要因素是工作电压，查图9 来确定。（对和电压有效值在220-250V 范围内的电网电源导电连接的零部件，这些数值等于354V峰值电压所对应的那些数值：基本绝缘3.0mm ,加强绝缘6.0mm）

2)爬电距离:

根据工作电压、绝缘等级及材料组别，查表(GB 4943 为表2L，65-2001 中为表11）确定爬电距离数值，如工作电压数值在表两个电压范围之间时，需要使用内差法计算其爬电距离。GB 8898-2001 其判定数值等于电气间隙，如满足下列三个条件，电气间隙和爬电距离加强绝缘可减少2mm,基本绝缘可减少1mm：1）这些爬电距离和电气间隙会受外力而减小，但它们不处在外壳的可触及导电零部件与危险带电零部件之间；2）它们靠刚性结构保持不变；3）它们的绝缘特性不会因设备内部产生的灰尘而受到严重影响。*注意：但直接与电网电源连接的不同极性的零部件间的绝缘，爬电距离和电气间隙不允许减小。基本绝缘和附加绝缘即使不满足爬电距离和电气间隙的要求，只要短路该绝缘，设备仍满足标准要求，则是可以接受的（ 8898 中4.3.1 条）。
*GB 4943 中只有功能绝缘的电气间隙和爬电距离可以减小，但必须满足标准5.3.4 规定的高压或短路试验。

如果觉得麻烦,前人已经总结出了经验如下表:

然后我司的要求是:

最小电气距离：强电之间、强电与弱电之间两点最短的距离都要求不小于3mm（功能性绝缘不小于2mm）。

最小爬电距离：强电之间、强电与弱电之间爬电距离都要求不小于4mm（功能性绝缘不小于2mm）。

所以电气间隙能按3mm就按3mm,有的元件脚间距为2mm,最小按2mm,爬电距离按4mm.

2.几个回路:次级回路,次级回路,辅助回路,反馈回路,泄放回路.

当然零火线到初级变器间,需要按原理图元件的先后顺序进行走线,比如下图:

这里主要是需要先经过压敏电阻,再经过共模电感,看似是弯道走子,实则完全有必要.

1)初级回路,即变压器的初级回路,回路越小,产生EMI越小,另外产品本身是大电流产品,回路越小,产生的损耗越小.

如图,半透明方框为散热器,在现有条件下已经是最小回路了.

2)次级回路:因为输出电流达12A,所以采用子双路输出,底层两个输出容不能连在一起,应经过滤波后,再在顶层连在一起,这样电容才有滤波效果,电流就像水流,有阻碍的地方,它都会绕过去,之前做200W的一款电源时纹波大,也是电容位置放得不对导致的,改成先经过电容后,就好了.

3)辅助回路

4)反馈回路:反馈回路要远离干扰源,走线包地,尽量短.

5)泄放回路:如下图示,基本最小回路走线.

有人会问,底层不是高压吗?顶层走线下面还走子底层呢?板厚一般是1.6mm,不满足电气间隙和爬电距离啊?

这里要说明下,电气间隙和爬电距离都是空间上的,中间没有绝缘物的!看下图应该就很清楚了.

那么到底强电双面板能不能交叉走线呢?网上可以查到各种FR-4的材质报告,如下图,只是截取了其中的一种,百度百科:平行层向击穿电压（于90±2℃变压器油中）：≥40KV

我还是不放心,于是去立创上问了:

多方证明,FR-4,顶层和底层可以走强电的.我想说的是,就算没找到问题本源,一定要找到问题的奇点,这个奇点就是保证不会出问题的点,墨非定理说,有多种办法去解决问题,如果其中有一种办法会出问题,那么一定会有人选择这种方法.我说,如果研发过程中存在疑点,那么这个疑点一定会在后面的过程出现,你绝对逃不过!