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如何完成開關電源的合理設計


發布日期: 2014-08-07 12:48:28   瀏覽次數:0

 開關電源已經成為了我們電路設計當中的主角,甚至可以說已經成為了與行業發展密不可分的一部分博雅彩票平台注册。與傳統線性電源相比,在某一輸出功率點上線性電源的成本要高于開關電源,常見的開關電源可以分為兩種,隔離與非隔離。
在本篇文章當中,我們將主要對隔離式開關電源的拓撲形式進行探討。所以在下面的文章當中,如果沒有任何特殊的說明博雅彩票平台注册,文中提及的電源將均指隔離電源。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,變壓器儲能博雅彩票平台注册。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博雅彩票平台注册。按規格又可分為常規正激,包括單管正激,雙管正激。半橋、橋式電路都屬于正激電路。
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性價比,可以靈活運用博雅彩票平台注册。一般在小功率場合可選用反激式。稍微大一些可采用單管正激電路博雅彩票平台注册,中等功率可采用雙管正激電路或半橋電路,低電壓時采用推挽電路博雅彩票平台注册,與半橋工作狀態相同博雅彩票平台注册。大功率輸出,一般采用橋式電路,低壓也可采用推挽電路。
反激式電源因其結構簡單,省掉了一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博雅彩票平台注册。在有些介紹中講到反激式電源功率只能做到幾十瓦博雅彩票平台注册,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芯片就可做到300瓦,有文章介紹反激電源可做到上千瓦博雅彩票平台注册,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一個非常關鍵的參數,由于反激電源需要變壓器儲存能量博雅彩票平台注册,要使變壓器鐵芯得到充分利用,一般都要在磁路中開氣隙博雅彩票平台注册,其目的是改變鐵芯磁滯回線的斜率,使變壓器能夠承受大的脈沖電流沖擊,而不至于鐵芯進入飽和非線形狀態,磁路中氣隙處于高磁阻狀態,在磁路中產生漏磁遠大于完全閉合磁路。脈沖電壓連線盡可能短,其中輸入開關管到變壓器連線,輸出變壓器到整流管連接線博雅彩票平台注册。脈沖電流環路盡可能小如輸入濾波電容正到變壓器到開關管返回電容負。輸出部分變壓器出端到整流管到輸出電感到輸出電容返回變壓器電路中X電容要盡量接近開關電源輸入端博雅彩票平台注册,輸入線應避免與其他電路平行,應避開博雅彩票平台注册。Y電容應放置在機殼接地端子或FG連接端。共摸電感應與變壓器保持一定距離,以避免磁偶合。
輸出電容一般可采用兩只一只靠近整流管另一只應靠近輸出端子,可影響電源輸出紋波指標,兩只小容量電容并聯效果應優于用一只大容量電容。發熱器件要和電解電容保持一定距離,以延長整機壽命博雅彩票平台注册,電解電容是開關電源壽命的瓶勁,如變壓器、功率管、大功率電阻要和電解保持距離,電解之間也須留出散熱空間,條件允許可將其放置在進風口。
 
PCB布線的一些原則印制板設計時,要考慮到干擾對系統的影響,將電路的模擬部分和數字部分的電路嚴格分開,對核心電路重點防護,將系統地線環繞博雅彩票平台注册,并布線盡可能粗,電源增加濾波電路,采用DC-DC隔離,信號采用光電隔離博雅彩票平台注册,設計隔離電源,分析容易產生干擾的部分(如時鐘電路、通訊電路等)和容易被干擾的部分(如模擬采樣電路等)博雅彩票平台注册,對這兩種類型的電路分別采取措施。對于干擾元件采取抑制措施,對敏感元件采取隔離和保護措施,并且將它們在空間和電氣上拉開距離博雅彩票平台注册博雅彩票平台注册。在板級設計時,還要注意元器件放置要遠離印制板邊沿,這對防護空氣放電是有利的。
隨著印制線路板制造工藝的不斷完善和提高,一般加工廠制造出線間距等于甚至小于0.1mm已經不存在什么問題,完全能夠滿足大多數應用場合??紤]到開關電源所采用的元器件及生產工藝,一般雙面板最小線間距設為0.3mm博雅彩票平台注册,單面板最小線間距設為0.5mm,焊盤與焊盤、焊盤與過孔或過孔與過孔博雅彩票平台注册,最小間距設為0.5mm,可避免在焊接操作過程中出現“橋接”現象。 
這樣大多數制板廠都能夠很輕松滿足生產要求,并可以把成品率控制得非常高,亦可實現合理的布線密度及有一個較經濟的成本博雅彩票平台注册。最小線間距只適合信號控制電路和電壓低于63V的低壓電路,當線間電壓大于該值時一般可按照500V/1mm經驗值取線間距。
方法一:上文提到的線路板開槽的方法適用于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,常見于電視機顯象管尾板和電源交流輸入處。該法在模塊電源中得到了廣泛的應用博雅彩票平台注册,在灌封的條件下可獲得很好的效果。
方法二:墊絕緣紙,可采用青殼紙、聚脂膜博雅彩票平台注册、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在線路板于金屬機殼間,這種材料有機械強度高,有一定抗潮濕的能力。 
聚四氟乙烯定向膜由于具有耐高溫的特性在模塊電源中得到廣泛的應用博雅彩票平台注册。在元件和周圍導體間也可墊絕緣薄膜來提高絕緣抗電性能。
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博雅彩票平台注册,開關管,輸出整流管通過基板把熱量傳導出去,熱阻很低博雅彩票平台注册,可取得較高可靠性。變壓器采用平面貼片結構,也可通過基板散熱,其溫升比常規要低,同樣規格變壓器采用鋁基板結構可得到較大的輸出功率。鋁基板跳線可以采用搭橋的方式處理博雅彩票平台注册。鋁基板電源一般由由兩塊印制板組成,另外一塊板放置控制電路,兩塊板之間通過物理連接合成一體博雅彩票平台注册。
由于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,容易出現問題現有一個簡單實用的方法博雅彩票平台注册,將一個燙衣服的普通電熨斗(最好有調溫功能),翻過來博雅彩票平台注册,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,加溫一段時間博雅彩票平台注册,然后按照常規方法將元件貼上并焊接博雅彩票平台注册,熨斗溫度以器件易于焊接為宜,太高有可能時器件損壞博雅彩票平台注册,甚至鋁基板銅皮剝離,溫度太低焊接效果不好,要靈活掌握。制板銅皮走線的一些事項走線電流密度:現在多數電子線路采用絕緣板縛銅構成。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于或等于0.3mm.銅皮厚度為70μm線路板也常見于開關電源,那么電流密度可更高些。
 
模塊電源行列也有部分產品采用多層板,主要便于集成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博雅彩票平台注册,變壓器散熱好的優點,但其缺點是成本較高博雅彩票平台注册,靈活性較差,僅適合于工業化大規模生產。單面板博雅彩票平台注册,市場流通通用開關電源幾乎都采用了單面線路板,其具有低成本的優勢,在設計博雅彩票平台注册,及生產工藝上采取一些措施亦可確保其性能。
為保證良好的焊接機械結構性能,單面板焊盤應稍微大一些博雅彩票平台注册,以確保銅皮和基板的良好縛著力博雅彩票平台注册,而不至于受到震動時銅皮剝離、斷脫。一般焊環寬度應大于0.3mm.焊盤孔直徑應略大于器件引腳直徑,但不宜過大,保證管腳與焊盤間由焊錫連接距離最短,盤孔大小以不妨礙正常查件為度,焊盤孔直徑一般大于管腳直徑0.1-0.2mm.多引腳器件為保證順利查件,也可更大一些。
單面板上元器件應緊貼線路板博雅彩票平台注册博雅彩票平台注册。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博雅彩票平台注册,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沖擊對焊盤與管腳連接處造成的影響,增強焊接的牢固性博雅彩票平台注册。線路板上重量較大的部件可增加支撐連接點,可加強與線路板間連接強度博雅彩票平台注册,如變壓器,功率器件散熱器。
雙面板焊盤由于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于焊錫溶液通過焊孔滲透到頂層焊盤,以增加焊接可靠性。
大電流走線的處理線寬可按照前帖處理,如寬度不夠,一般可采用在走線上鍍錫增加厚度進行解決,其方法有好多種。
A、將走線設置成焊盤屬性,這樣在線路板制造時該走線不會被阻焊劑覆蓋,熱風整平時會被鍍上錫。
B博雅彩票平台注册、在布線處放置焊盤,將該焊盤設置成需要走線的形狀,要注意把焊盤孔設置為零。
C博雅彩票平台注册、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,需文字說明。在阻焊層放置線的部位會不涂阻焊劑線路鍍錫的幾種方法如上博雅彩票平台注册。一般可采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雙面線路板為布局博雅彩票平台注册、走線提供了很大的選擇性,可使布線更趨于合理。關于接地,功率地與信號地一定要分開,兩個地可在濾波電容處匯合,以避免大脈沖電流通過信號地連線而導致出現不穩定的意外因素,信號控制回路盡量采用一點接地法。

SEMIPOWER 2014-08-07

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