愛伊米

乾貨|開關電源設計必須注意的64個細節(上)

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,必要時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:

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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:

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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。

9.一款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

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;

10.一款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

11.安規距離一覽表。

12.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。

13.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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14.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。

15.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

16.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

17.配有風扇的電源,PCB佈局要考慮風路。

一定要讓風跑出去

18.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

19.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,變壓器製作工藝複雜

20.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

21.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

22.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

23.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

24.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

25.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

26.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

27.輸出的DC線在PCB設計時,要設計成長短一致,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

28.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

29.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

30.一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:

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(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:

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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:

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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%

31.一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。

32.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。