开关电源PCB设计中的四种布线技分享

2021-06-14 23:54字体:
  

  开合电源是一种电压转换电道,要紧的职业实质是升压和降压,渊博使用于今世电子产物。由于开合三极管老是职业正在 “开” 和“合” 的形态,以是叫开合电源。

  走线电流密度:现正在大都电子线道采用绝缘板缚铜组成。常用线m,走线A/mm体验值取电流密度值,详细估量可参赐教科书。为 担保走线呆板强度规矩线m 线道板也常睹于开合电源,那么电流密度可更高些。

  模块电源队伍也有局限产物采用众层板,要紧便于集成变压器电感等功率器件,优化接线、功率管散热等。具有工艺体面类似性好,变压器散热好的便宜,但其偏差是本钱较高,精巧性较差,仅适合于工业化大范畴临蓐。

  单面板,市集畅达通用开合电源险些都采用了单面线道板,其具有低本钱的上风,正在计划,及临蓐工艺上采用极少法子亦可确保其机能。

  为担保优秀的焊接呆板布局机能,单面板焊盘应稍微大极少,以确保铜皮和基板的优秀缚效力,而不至于受到哆嗦时铜皮剥离、断脱。寻常焊环宽度应大于 0.3mm。焊盘孔直径应略大于器件引脚直径,但不宜过大,担保管脚与焊盘间由焊锡衔接隔绝最短,盘孔巨细以不阻止寻常查件为度,焊盘孔直径寻常大于管脚 直径0.1-0.2mm。众引脚器件为担保利市查件,也可更大极少。

  单面板上元器件应紧贴线道板。必要排挤散热的器件,要正在器件与线道板之间的管脚上加套管,可起到维持器件和扩张绝缘的双重感化,要最大限制节减或避免外力 攻击对焊盘与管脚衔接处酿成的影响,巩固焊接的坚实性。线道板上重量较大的部件可扩张维持衔接点,可强化与线道板间衔接强度,如变压器,功率器件散热器。

  双面板焊盘因为孔已作金属化解决强度较高,焊环可比单面板小极少,焊盘孔孔径可 比管脚直径略微大极少,由于正在焊接历程中有利于焊锡溶液通过焊孔渗出到顶层焊盘,以扩张焊接牢靠性。

  线宽可遵照前帖解决,如宽度不足,寻常可采用正在走线上镀锡扩张厚度实行处置,其手腕有许众种。

  1. 将走线设备成焊盘属性,如许正在线道板制作时该走线不会被阻焊剂笼盖,热风整平居会被镀上锡。

  2. 正在布线处安排焊盘,将该焊盘设备成必要走线的形势,要留心把焊盘孔设备为零。

  3. 正在阻焊层安排线,此手腕最精巧,但不是全部线道板临蓐商都邑领悟你的企图,需用文字声明。正在阻焊层安排线的部位会不涂阻焊剂

  线道镀锡的几种手腕如上。寻常可采用修长条镀锡宽度正在1~1.5mm,长度可依照线道来确定,镀锡局限间隔0.5~1mm 双面线道板为组织、走线供给了很大的采用性,可使布线更趋于合理。合于接地,功率地与信号地必然要分裂,两个地可正在滤波电容处汇合,以避免大脉冲电畅达过 信号地连线而导致崭露不褂讪的不料要素,信号局限回道尽量采用一点接地法。

  电压反应取样,为避免大电畅达过走线的影响,反应电压的取样点必然要放正在电源输出最末梢,以降低整机负载效应目标。

  走线从一个布线层变到其它一个布线层寻常用过孔连通,不宜通过器件管脚焊盘实行,由于正在插装器件时有大概危害这种衔接相干,又有正在每1A电畅达落伍,起码应有2个过孔,过孔孔径规矩要大于0.5mm,寻常0.8mm可确保加工牢靠性。

  铝基板(金属基散热板(蕴涵铝基板,铜基板,铁基板))是一种特殊的金属基覆铜板,它具有优秀的导热性、电断气缘机能和呆板加工机能。铝基覆铜板是一种金属线道板质料、由铜箔、导热绝缘层及金属基板构成,它的布局分三层:

  DielcctricLayer绝缘层:绝缘层是一层低热阻导热绝缘质料。厚度为:0.003“至0.006”英寸是铝基覆铜板的中心身手所正在,已取得UL认证。

  BaseLayer下层是金属基板,寻常是铝或可所采用铜。铝基覆铜板和古板的环氧玻璃布层压板等,目前市集上主流的是福斯莱特铝基板。

  电道层(即铜箔)平时通过蚀刻变成印刷电道,使组件的各个部件彼此衔接,寻常情形下,电道层央求具有很大的载流材干,从而应运用较厚的铜箔,厚度寻常35m~280m;

  导热绝缘层是铝基板中心身手之所正在,它寻常是由特种陶瓷填充的出格的聚会物组成,热阻小,粘弹机能良好,具有抗热老化的材干,也许秉承呆板及热应力。该公司临蓐的高机能铝基板的导热绝缘层恰是运用了此种身手,使其具有极为良好的导热机能和高强度的电断气缘机能;

  金属下层是铝基板的维持构件,央求具有高导热性,寻常是铝板,也可运用铜板(个中铜板也许供给更好的导热性),适合于钻孔、冲剪及切割等向例呆板加工。

  铝基板由其自己构制,具有以下特性:导热机能极度良好、单面缚铜、器件只可安排正在缚铜面、不行开电器连线孔以是不行遵照单面板那样安排跳线。

  铝基板上寻常都安排贴片器件,开合管,输出整流管通过基板把热量传导出去,热阻很低,可得到较高牢靠性。变压器采用平面贴片布局,也可通过基板散热,其温升比向例要低,同样规格变压器采用铝基板布局可取得较大的输出功率。铝基板跳线能够采用搭桥的方法解决。铝基板电源寻常由由两块印制板构成,其它一块板放 置局限电道,两块板之间通过物理衔接合成一体。

  因为铝基板良好的导热性,正在小量手工焊接时比力贫穷,焊料冷却过疾,容易崭露题目现有一个纯洁适用的手腕,将一个烫衣服的浅显电熨斗(最好有调温性能), 翻过来,熨烫面向上,固定好,温度调到150℃独揽,把铝基板放正在熨斗上面,加温一段光阴,然后遵照向例手腕将元件贴上并焊接,熨斗温度以器件易于焊接为 宜,太高有大概时器件损坏,乃至铝基板铜皮剥离,温度太低焊接后果欠好,要精巧操作。

  比来几年,跟着众层线道板正在开合电源电道中使用,使得印制线道变压器成为大概,因为众层板,层间距较小,也能够宽裕诈骗变压器窗口截面,可正在主线道板上再 加一到两片由众层板构成的印制线圈到达诈骗窗口,低落线道电流密度的主意,因为采用印制线圈,节减了人工干与,变压器类似性好,平面布局,漏感低,巧合 好。

  开启式磁芯,优秀的散热条款。因为其具有诸众的上风,有利于大宗量临蓐,以是取得渊博的使用。但研制开拓初期参加较大,不适合小范畴生。

  开合电源分为,分隔与非分隔两种时势,正在这里要紧讲一讲分隔式开合电源的拓扑时势,不才文中,非极度声明,均指分隔电源。分隔电源遵照布局时势差异,可分 为两大类:正激式和反激式。

  反激式指正在变压器原边导通时副边截止,变压器储能。原边截止时,副边导通,能量开释到负载的职业形态,寻常向例反激式电源单管 众,双管的不常睹。正激式指正在变压器原边导串同时副边觉得出对应电压输出到负载,能量通过变压器直接传达。按规格又可分为向例正激,囊括单管正激,双管正 激。半桥、桥式电道都属于正激电道。

  正激和反激电道各有其特性,正在计划电道的历程中为到达最优性价比,能够精巧使用。寻常正在小功率局面可选用反激式。稍微大极少可采用单管正激电道,中等功 率可采用双管正激电道或半桥电道,低电压时采用推挽电道,与半桥职业形态一致。大功率输出,寻常采用桥式电道,低压也可采用推挽电道。

  反激式电源因其布局纯洁,省却了一个和变压器体积巨细差不众的电感,而正在中小功率电源中取得渊博的使用。正在有些先容中讲到反激式电源功率只可做到几十瓦, 输出功率凌驾100瓦就没有上风,实行起来有难度。

  自己以为寻常情形下是如许的,但也不行一概而论,PI公司的TOP芯片就可做到300瓦,有著作先容反 激电源可做到上千瓦,但没睹过实物。输出功率巨细与输出电压崎岖相合。

  反激电源变压器漏感是一个极度枢纽的参数,因为反激电源必要变压器积储能量,要 使变压器铁芯取得宽裕诈骗,寻常都要正在磁道中开气隙,其主意是变更铁芯磁滞回线的斜率,使变压器也许秉承大的脉冲电流攻击,而不至于铁芯进入饱和非线形势 态,磁道中气隙处于高磁阻形态,正在磁道中爆发漏磁雄伟于十足闭合磁道。

  变压器首次极间的巧合,也是确定漏感的枢纽要素,要尽量使首次极线圈挨近,可采用三明治绕法,但如许会使变压器散布电容增大。选用铁芯尽量用窗口比力长的磁芯,可减小漏感,如用EE、EF、EER、PQ型磁芯后果要比EI型的好。

  合于反激电源的占空比,规矩上军用电源的最大占空比应当小于0.5,不然环道阻挠易赔偿,有大概不褂讪,但有极少不同,如美邦PI公司推出的 TOP系列芯片是能够职业正在占空比大于0.5的条款下。 占空比由变压器原副边匝数比确定,自己对做反激的观念是,先确定反射电压(输出电压通过变压器耦合反响到原边的电压值),正在必然电压界限内反射电压降低则 职业占空比增大,开合管损耗低落。

  接着讲合于反激电源的占空比(自己体贴反射电压,与占空比类似),占空比还与采用开合管的耐压相合,有极少早期的反激电源运用比力低耐压开合管,如 600V或650V行动换取220V 输入电源的开合管,也许与当时临蓐工艺相合,高耐压管子,不易制作,或者低耐压管子有更合理的导通损耗及开合特色,像这种线道反射电压不行太高,不然为使 开合监工作正在安乐界限内,摄取电道损耗的功率也是相当可观的。

  现正在 因为MOS管制作工艺秤谌的降低,寻常反激电源都采用700V或750V乃至 800-900V的开合管。这两品种型各有优偏差:

  第一类:偏差抗过压材干弱,占空比小,变压器低级脉冲电流大。便宜:变压器漏感小,电磁辐射低,纹波目标高,开合管损耗小,转换作用不必然比第二类低。

  第二类:偏差开合管损耗大极少,变压器漏感大极少,纹波差极少。便宜:抗过压材干强极少,占空比大,变压器损耗低极少,作用高极少。

  军用开合电源的反射电压还与一个参数相合,那即是输出电压,输出电压越低则变压器匝数比越大,变压器漏感越大,开合管秉承电压越高,有大概击穿开合管、摄取电 道消费功率越大,有大概使摄取回道功率器件长期失效。正在计划低压输出小功率反激电源的优化历程中务必小心解决,其解决手腕有几个:

  1、采用大一个功率等第的磁芯低落漏感,如许可降低低压反激电源的转换作用,低落损耗,减小输出纹波,降低众道输出电源的交差调理率,寻常常睹于家电用开合电源,如光碟机、DVB机顶盒等。

  2、要是条款不批准加大磁芯,只可低落反射电压,减小占空比。低落反射电压可减小漏感但 有大概使电源转换作用低落,这两者是一个冲突,必须要有一个取代历程技能找到一个相宜的点,正在变压器取代测验历程中,能够检测变压器原边的反峰电压,尽量 低落反峰电压脉冲的宽度,和幅度,可扩张变换器的职业安乐裕度。寻常反射电压正在110V时比力相宜。

  3、巩固耦合,低落损耗,采用新的身手,和绕线工艺,变压器为知足安乐楷模会正在原边和副 边间采用绝缘法子,如垫绝缘胶带、加绝缘端空胶带。这些将影响变压器漏感机能,实际临蓐中可采用低级绕组包绕次级的绕法。或者次级用三重绝缘线绕制,除去 首次级间的绝缘物,能够巩固耦合,乃至可采用宽铜皮绕制。

  反激电源变压器磁芯正在职业正在单向磁化形态,以是磁道必要开气隙,近似于脉动直流电感器。局限磁道通过氛围漏洞耦合。为什么开气隙的道理自己判辨为:因为功 率铁氧体也具有近似于矩形的职业特色弧线(磁滞回线),正在职业特色弧线上Y轴默示磁觉得强度(B),现正在的临蓐工艺寻常饱和点正在400mT以上,寻常此值 正在计划中取值应当正在200-300mT比力相宜、X轴默示磁场强度(H)此值与磁化电流强度成比例相干。

  磁道开气隙相当于把磁体磁滞回线向X 轴向倾斜,正在同样的磁觉得强度下,可秉承更大的磁化电流,则相当于磁心积储更众的能量,此能量正在开合管截止时通过变压器次级泻放到负载电道,反激电源磁芯 开气隙有两个感化。

  反激电源的变压器职业正在单向磁化形态,不但要通过磁耦合传达能量,还担负电压变换输入输出分隔的众重感化。以是气隙的解决必要极度小心,气隙太大可使漏感 变大,磁滞损耗扩张,铁损、铜损增大,影响电源的整机机能。气隙太小有大概使变压器磁芯饱和,导致电源损坏。

  所谓反激电源的衔接与断续形式是指变压器的职业形态,正在满载形态变压器职业于能量十足传达,或不十足传达的职业形式。寻常要依照职业境况实行计划,向例反 激电源应当职业正在衔接形式,如许开合管、线道的损耗都比力小,并且能够减轻输入输出电容的职业应力,可是这也有极少不同。

  因为制作工艺特性,高反压二极管,反向还原光阴长,速率低,正在电流衔接形态,二极管是正在有正向偏压时还原,反向还原时的能量损耗极度大,倒霉于 变换器机能的降低,轻则低落转换作用,整流管主要发烧,重则乃至废弃整流管。因为正在断续形式下,二极管是正在零偏压情形下反向偏置,损耗能够降到一个比力低的秤谌。

  反激开合电源变压器应职业正在衔接形式,那就央求比力大的绕组电感量,当然衔接也是有必然水准的,过分寻求绝对衔接是不实际的,有大概必要很大的磁芯,极度 众的线圈匝数,同时伴跟着大的漏感和散布电容,大概得不偿失。

  那么怎样确定这个参数呢,通过众次试验,及阐述同行的计划,自己以为,正在标称电压输入时,输 出到达50%~60%变压器从断续,过渡到衔接形态比力相宜。

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