愛伊米

資深工程師:開關電源設計必須注意的64個細節​

1. 變壓器圖紙、PCB、原理圖這三者的變壓器飛線位號需一致。

理由:安規認證要求

這是很多工程師在申請安規認證提交資料時會犯的一個毛病。

2.X電容的洩放電阻需放兩組。

理由:UL62368、CCC認證要求斷開一組電阻再測試X電容的殘留電壓

很多新手會犯的一個錯誤,修正的辦法只能重新改PCB Layout,浪費自己和採購打樣的時間。

3.變壓器飛線的PCB孔徑需考慮到最大飛線直徑,必要是預留兩組一大一小的PCB孔。

理由:避免組裝困難或過爐空焊問題

因為安規申請認證通常會有一個系列,比如說24W申請一個系列,其中包含4。2V-36V電壓段,輸出低壓4。2V大電流和高壓36V小電流的飛線線徑是不一樣的。

多根飛線直徑計算參考如下表格:

資深工程師:開關電源設計必須注意的64個細節​

4.輸出的DC線材的PCB孔徑需考慮到最大線材直徑。

理由:避免組裝困難

因為你的PCB可能會用在不同電流段上,比如5V/8A,和20V/2A,兩者使用的線材是不一樣的

參考如下表格:

資深工程師:開關電源設計必須注意的64個細節​

5.電路除錯,OCP限流電阻多個並聯的阻值要設計成一樣。

理由:阻值越大的那顆電阻承受的功率越大

6.電路設計,散熱片引腳的孔做成長方形橢圓形(經驗值:2*1mm)。

理由:避免組裝困難

橢圓形的孔方便散熱器有個移動的空間,這對組裝和過爐是非常有利的。

7.電路除錯,異常測試時,輸出電壓或OVP設計要小於60Vac(Vpk)/42.4Vdc(Vrms)。

理由:安規要求

這個新手比較容易忽略,所以申請認證的產品一定要做OVP測試,抓輸出瞬間波形。

8.電路設計,電解電容的防爆孔距離大於2mm,臥式彎腳留1.5mm。

理由:品質提升

一般正規公司都有這個要求,防爆孔的問題日本比較重視,特殊情況除外。

9.電路除錯,輸出有LC濾波的電路需要老化確認紋波,如果紋波異常請調整環路。

理由:驗證產品穩定性

這個很重要,我之前經常碰到這個問題,產線老化後測試紋波會變高,現象是環路震盪。

10.電路除錯,二極體並聯時,應該測試一顆二極體故障開路時, 產生的異常(包括TO-220 裡的兩顆二極體)。

理由:品質提升

小公司一般都不會做這個動作的,一款優秀的產品是要經得起任何考驗的。

11.電路設計,如果PCB空間充裕,請設計成通殺所有安規標準。

理由:減少PCB修改次數。

如果你某一產品是符合UL60335標準,哪天客戶希望滿足UL1310,這時你又得改PCB Layout拿去安規報備了,如果你畫的板符合各類標準,後面的工作會輕鬆很多。

12.電路設計,關於ESD請設計成接觸±8KV/空氣±15KV標準。

理由:減少後續整改次數。

像飛利浦這樣的客戶都要求ESD非常嚴的,聽說富士康的還需要達到±20KV,哪天有這種客戶要求,你又得忙一段時間了。

13.電路設計,設計變壓器時,VCC電壓在輕載電壓要大於IC的欠壓關斷電壓值。

判斷空載VCC電壓需大於晶片關斷電壓的5V左右,同時確認滿載時不能大於晶片過壓保護值

14.電路設計,設計共用變壓器需考慮到使用最大輸出電壓時的VCC電壓,低溫時VCC有稍微NOSIE會碰觸OVP動作。

如果你的產品9V-15V是共用一個變壓器,請確認VCC電壓,和功率管耐壓

15.電路除錯,Rcs與Ccs值不能過大,否則會造成VDS超過最大耐壓炸機。

LEB前沿消隱時間設短了,比尖峰脈衝的時間還短,那就沒有效果了還是會誤判;如果設長了,真正的過流來了起不到保護的作用。

Rcs與Ccs的RC值不可超過1NS的Delay,否則輸出短路時,Vds會比滿載時還高,超過MOSFET最大耐壓就可能造成炸機。

經驗值1nS的Delay約等於1K對100PF,也等於100R對102PF

16.畫小板時,在小板引腳的90度拐角處增加一個圓形鑽孔。

理由:方便組裝

如圖:

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實物如圖:

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實際組裝如圖:

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這樣做可以使小板與PCB大板之間緊密貼合,不會有浮高現象

17.電路設計,肖特基的散熱片可以接到輸出正極線路,這樣鐵封的肖特基就不用絕緣墊和絕緣粒

18.電路除錯,15W以上功率的RCD吸收不要用1N4007,因為1N4007速度慢300uS,壓降也大1.3V,老化過程中溫度很高,容易失效造成炸機

19.電路除錯,輸出濾波電容的耐壓致少需符合1.2倍餘量,避勉量產有損壞現象。

之前是犯了這個很低階的錯誤,14。5V輸出用16V耐壓電容,量產有1%的電容失效不良。

20.電路設計,大電容或其它電容做成臥式時,底部如有跳線需放在負極電位,這樣跳線可以不用穿套管。

這個可以節省成本。

21.整流橋堆、二極體或肖特基,晶元大小元件承認書或在BOM表要有描述,如67mil。

理由:管控供應商送貨一至性,避免供應商偷工減料,影響產品效率

另人煩腦的就是供應商做手腳,導致一整批試產的產品過不了六級能效,原因就是肖特基內部晶元用小導致。

22.電路設計,Snubber 電容,因為有異音問題,優先使用Mylar電容 。

處理異音的方法之一

23.浸漆的TDK RF電感與未浸漆的鼓狀差模電感,浸漆磁芯產生的噪音要小12dB

處理異音的方法之二

24.變壓器生產時真空浸漆,可以使其工作在較低的磁通密度,使用環氧樹脂黑膠填充三個中柱上的縫隙

處理異音的方法之三

25.電路設計,啟動電阻如果使用在整流前時,要加串一顆幾百K的電阻。

理由:電阻短路時,不會造成IC和MOSFET損壞。

26.電路設計,高壓大電容並一顆103P瓷片電容位置。

理由:對幅射30-60MHz都有一定的作用。

空間允許的話PCB Layout留一個位置吧,方便EMI整改

27.在進行EMS專案測試時,需測試出產品的最大程式,直到產品損壞為止。

例如ESD 雷擊等,一定要打到產品損壞為止,並做好相關記錄,看產品餘量有多少,做到心中有數

28.電路設計,異常測試時,短路開路某個元件如果還有輸出電壓則要進行LPS測試,過流點不能超過8A。

超過8A是不能申請LPS的

29.安規開殼樣機,所有可選外掛元件要裝上供拍照用,L、N線和DC線與PCB要點白膠固定。

這個是經常犯的一個毛病,經常一股勁的把樣品送到第三方機構,後面來來回回改來改去的

30.電路除錯,冷機時PSR需1.15倍電流能開機,SSR需1.3倍電流能開機,避免老化後啟動不良

PSR現在很多晶片都可以實現“零恢復”OCP電流,比如ME8327N,具有“零恢復”OCP電流功能

31.電路設計,請注意使用的Y電容總容量,不能超過222P, 因為有漏電流的影響

針對不同安規,漏電流要求也不一樣,在設計時需特別留意

32.反激拓補結構,變壓器B值需小於3500高斯,如果變壓器飽和一切動作將會失控,如下,上圖為正常,下圖為飽和。

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變壓器的磁飽和一定要確認,重重之重,這是首條安全效能保障,包括過流點的磁飽和、開機瞬間的磁飽和、輸出短路的磁飽和、高溫下的磁飽和、高低壓的磁飽和。

33.結構設計,散熱片使用螺絲固定參考以下表格設計,實際應用中應增加0.5-1mm餘量,參考如下表格:

BOM表上寫的螺絲規格一定要對,不然量產時會讓你難受

34.結構設計,AC PIN焊線材的需使用勾焊,如果不是則要點白膠固定。

理由:安規要求

經常被第三方機構退回樣品,整改

35.傳導整改,分段處理經驗,如下圖,這只是處理的一種方法,有些情況並不是能直接套用

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36.輻射整改,分段處理經驗,如下圖,適合一些新手工程師,提供一個參考的方向,有些情況並不是能直接套用,最主要的還是要搞清楚EMI產生的機理。

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37.關於PCB碰到的問題,如圖,為什麼99SE畫板覆銅填充的時候填不滿這個位置?像是有死銅一樣

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D1這個元件有個文字描述的屬性放在了頂層銅箔,如圖

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把它放到頂層絲印後,完美解決。

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38.變壓器銅箔遮蔽主要針對傳導,線遮蔽主要針對輻射,當傳導非常好的時候,有可能你的輻射會差,這個時候把變壓器的銅箔遮蔽改成線遮蔽,儘量壓低30M下降的位置,這樣整改輻射會快很多。

EMI整改技巧之一

39.測試輻射的時候,多帶點不同品牌的MOS、肖特基。有的時候只差2、3dB的時候換一個不同品牌會有驚喜。

EMI整改技巧之二

40.VCC上的整流二極體,這個對輻射影響也是很大的。

一個慘痛案例,一款過了EMI的產品,餘量都有4dB以上,量產很多次了,其中有一次量產抽檢EMI發現輻射超1dB左右,不良率有50%,經過層層排查、一個個元件對換。最終發現是VCC上的整流二極體引發的問題,更換之前的管子(留低樣品),餘量有4dB。對不良管子分析,發現管子內部供應商做了映象處理。

41.一個冷知識,如何測量PCB的銅箔厚度?

方法:在PCB板上找一條光滑且長的線條,測量其長度L,再測寬度W,再用DC源加1A電流在其兩端測得壓降U

依據電阻率公式得出以下公式:

例:取一段PCB銅箔,長度L為40mm,寬度為10mm,其透過1A電流兩端壓降為0。005V,求該段銅箔厚度為多少um?

42.一款36W介面卡的EMI整改案例,輸出12V/3A,多圖對比,整改花費時間3周。

變壓器繞法一:Np1VCCNs1Ns2銅遮蔽0。9TsNp2

PCB關鍵佈局:Y電容地大電容地,變壓器地Vcc電容大電容地

注:變壓器所有出線沒有交叉

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圖一(115Vac)

圖一所示可以看到,130-200M處情況並不樂觀;

130-200M主要原因在於PCB佈局問題和二次側的肖特基迴路,改其它地方作用不大,肖特基套磁珠可以完全壓下來,圖忘記儲存了。

為了節約成本,公司並不讓我這樣做,因為套磁珠影響了成本,當即NG掉此PCB佈局,採用圖一a方式PCB關鍵佈局走線。

變壓器繞法不變:Np1VCCNs1Ns2銅遮蔽0。9TsNp2

PCB關鍵佈局:Y電容地變壓器地大電容地

注:變壓器內部的初級出線及次級出線有交叉

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圖一a (115Vac)

圖一a可以看出,改變PCB佈局後130M-200M已經完全被衰減,但是30-130M沒有圖一效果好,可能變壓器出線無交叉好一些。仔細觀察,此IC具有抖頻功能,傳導部分頻段削掉了一些尖峰;

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圖一b(230Vac)

圖一b可以看到,輸入電壓在230Vac測試時,65M和83M位置有點頂線(紅色線)

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圖一b-1(230Vac)

原邊吸收電容由471P加大到102P,65M位置壓下來一點,後面還是有點高,如圖一b-1所示;

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圖一b-2(230Vac)

變壓器遮蔽改成線遮蔽(0。2*1*30Ts),後面完全衰減,如圖一b-2;

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圖一b-3(115Vac)

115Vac輸入測試,後面150M又超了,發克!高壓好了低壓又不行,惱火啊!看來這招不行;

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圖一b-4(115Vac)

變壓器遮蔽還是換成銅箔遮蔽(圈數由0。9Ts改成1。3Ts),效果不錯,如圖一b-4所示。

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圖一b-5(230Vac)

115Vac輸入測試,測試透過。

結論:

一:變壓器出線需做到不交叉;

二:Y電容迴路走線越短越好先經過變壓器地再回到大電容地,不與其它訊號線交叉;

43.一款48W(36V/1.33A)整改EMI案例,僅僅是調整了肖特基吸收就把30-40M壓下來。

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115Vac低壓30M紅色頂線

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230Vac高壓30M紅色也頂線

調整肖特基吸收後:

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115Vac低壓,走勢圖非常漂亮

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230Vac高壓,走勢圖非常漂亮

44.安規距離一覽表。

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45.剛入門使用CAD、PADS上容易遇到的問題。

a。。PADS畫好的PCB匯出為DXF檔案,CAD開啟後是由雙線組成的空心線段,如圖:

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剛開始不會時,是用L命令一根一根的描,狂汗 。。

使用多次後,解決方法是使用X命令就可以變成單根線

b。。CAD圖檔線框轉PADS做PCB外框圖方法:

step1.在CAD裡面刪掉沒有的線,只剩下板框,其它線也可以不刪。

step2.在鍵盤上敲PE,回車,滑鼠點中其中一邊,再敲Y,回車,再敲J,回車,拖動滑鼠把整個板框選中,回車,按Esc鍵退出此模式。

step3.比例調整,SC 按空格,選取整個板框,按空格,任意地方單擊滑鼠一下, 比例: 39。37 ,按空格。

46.在畫PCB定義變壓器腳位時,要考慮到變壓器的進線和出線是否會交叉,因為各繞組之間的繞線在邊界處存在有45-90度的交叉,需在交叉出線處加一個套管到pin腳。

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47.PCB的熱點區域一定要遠離輸入、輸出端子,防止噪聲源串到線上導致EMI變差,在不得已而為之時,可增加地線或其它遮蔽方式進行隔離,如下圖增加了一條地線進行有效隔離。

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需注意這條地線的安全距離。

48.驅動電阻儘量靠近MOS、電流取樣的電阻儘量靠近晶片,避免產生其它看不到的後果。

PCB佈局鐵律

49.分享一個輻射整改案例,一個長條形散熱片有2個腳,2只腳都接地,輻射硬是整不過,後來把其中一隻腳懸空,輻射頻段變好。後面分析原因是2只腳接地會產生磁場迴路。

這個整改花了很多錢

50.配有風扇的電源,PCB佈局要考慮風路。

一定要讓風跑出去

51.棒型電感兩條腿之間,切記,切記,切記,禁止走弱訊號走線,否則發生的意外你都找不到原因。

切記,以前在這上面吃了大虧

52.變壓器磁芯形狀選用小結

a。。EE,EI,EF,EEL類,常用來製作中小功率的變壓器,成本低,工藝簡單

b。。EFD,EPC類,常用來製作對高度有限制的產品,適合做中小功率類

c。。EER,ERL,ETD類,常用來製作大中型功率的變壓器,特別適合用來製作多路輸出的大功率主變壓器,且變壓器漏感較小,比較容易符合安規

d。。PQ,EQ,LP類,該磁芯的中間柱較一般的磁芯要大,產品漏感較小,適合做小體積大功率的變壓器,輸出組數不能過多

e。。RM,POT類,常用來製作通訊類或中小功率高頻變壓器,本身的磁遮蔽很好,容易滿足EMC特性

f。。EDR類,一般常用於LED驅動,產品厚度要求薄,變壓器製做工藝複雜

53.某些元器件或導線之間可能有較高電位差,應加大它們之間的距離,以免放電引出意外短路。

如反激一次側的高壓MOS的D、S之間距離,依據公式500V對應0。85mm,DS電壓在700V以下是0。9mm,考慮到汙染和潮溼,一般取1。2mm

54.如果TO220封裝的MOS的D腳串了磁珠,需要考慮T腳增加安全距離。

之前碰到過炸機現象,增加安全距離後解決了,因為磁珠容易沾上殘留物

55.發一個驗證VCC的土方法,把產品放低溫環境(冰箱)幾分鐘,測試VCC波形電壓有沒有觸發到晶片欠壓保護點。

小公司裝置沒那麼全,有興趣的可以做個對比,看看VCC差異有多大

關於VCC圈數的設計需要考慮很多因素

56.在變壓器底部PCB加通風孔,有利於散熱,小板也一樣,要考慮風路。

在安規認證,變壓器溫度超了2度左右時,可以用這個方法

57.跳線旁邊有高壓元件時,應要保持安全距離,特別是容易活動或歪斜的元件。

保證產品量產時的穩定性

58.輸出大電解底部不得已要走跳線時,跳線應是低壓或是地線,為防止過波峰焊燙傷電容,一般加套管。

設計的時候儘量避免電容底部走跳線,因為增加成本和隱患

59.高頻開關管平貼PCB時,PCB另一面不要放晶片等敏感器件。

理由:開關管工作時容易干擾到背部的晶片,造成系統不穩定,其它高頻器件同理

60.輸出的DC線在PCB設計時,要設計成長短一至,焊盤孔間隔要小。

理由:SR的尾部留長是一樣長的,當兩個焊盤孔間隔太遠時,會造成不方便生產焊接

61.MOS管、變壓器遠離AC端,改善EMI傳導。

理由:高頻訊號會透過AC端耦合出去,從而噪聲源被EMI裝置檢測到引起EMI問題

62.驅動電阻應靠近MOS管。

理由:增加抗干擾能力,提升系統穩定性

63.一個恆壓恆流帶轉燈的PCB設計走線方法和一個失敗案例。

PCB設計走線方法請看圖:

資深工程師:開關電源設計必須注意的64個細節​

(a) 地線的Layout原則

如(1)(2)(3)綠線所示,R11的地和R14的地連線到晶片的地,再連線到EC4電解電容的地。注意不可連到變壓器的地,因為變壓器次級A->D3->EC4->次級B形成功率環,如果ME4312晶片的地接到次級B線到EC4電容之間,受到較強的di/dt干擾會導致系統的不穩定等因素。

失敗案例:

資深工程師:開關電源設計必須注意的64個細節​

造成的問題:轉燈時紅燈綠燈一起亮,並且紅燈綠交替閃爍。

整改措施:

透過斷開PCB銅箔使用一根導線連到輸出電容地,隔開ME4312B晶片地,如下圖:

資深工程師:開關電源設計必須注意的64個細節​

透過以上處理,燈閃問題已經解決,測試結果如下:

CV15V 1。043A

CV14V 1。043A

CV13V 1。043A

CV12V 1。043A

CV11V 1。043A

CV10V 1。043A

CV9V 1。043A

CV8。5V 1。043A

CV8V VCC欠壓保護

0-94mA轉綠燈 96mA以上轉紅燈

轉燈比例 94/1043=9%,轉燈比例可以控制在3-12%

64.一個最近貼片電容漲價的應對小技巧,貼片電容都預留一個外掛位置,或104都改為224P,這樣相對便宜很多。

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