從印制板到反激電源/開關(guān)電源設(shè)計

談多年開關(guān)電源的設(shè)計心得，從開關(guān)電源印制板的設(shè)計、印制板布線、印制板銅皮走線、鋁基板和多層印制板在開關(guān)電源中的應(yīng)用，到反激電源的占空比，絕對的實(shí)踐精華!

開關(guān)電源印制板的設(shè)計

首先從開關(guān)電源的設(shè)計及生產(chǎn)工藝開始描述吧，先說說印制板的設(shè)計。開關(guān)電源工作在高頻率，高脈沖狀態(tài)，屬于模擬電路中的一個比較特殊種類。布板時須遵循高頻電路布線原則。

1、布局：脈沖電壓連線盡可能短，其中輸入開關(guān)管到變壓器連線，輸出變壓器到整流管連接 線。脈沖電流環(huán)路盡可能小如輸入濾波電容正到變壓器到開關(guān)管返回電容負(fù)。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(guān)電源輸入端，輸入線應(yīng)避免與其他電路平行，應(yīng)避開。 Y電容應(yīng)放置在機(jī)殼接地端子或FG連接端。共摸電感應(yīng)與變壓器保持一定距離，以避免磁偶合。如不好處理可在共摸電感與變壓器間加一屏蔽，以上幾項(xiàng)對開關(guān)電 源的EMC性能影響較大。

輸出電容一般可采用兩只一只靠近整流管另一只應(yīng)靠近輸出端子，可影響電源輸出紋波指標(biāo)，兩只小容量電容并聯(lián)效果應(yīng)優(yōu)于用一只大容量電容。發(fā)熱器件要和電解 電容保持一定距離，以延長整機(jī)壽命，電解電容是開關(guān)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(jìn)風(fēng)口。

控制部分要注意：高阻抗弱信號電路連線要盡量短如取樣反饋環(huán)路，在處理時要盡量避免其受干擾、電流取樣信號電路，特別是電流控制型電路，處理不好易出現(xiàn) 一些想不到的意外，其中有一些技巧，現(xiàn)以3843電路舉例見圖(1)圖一效果要好于圖二，圖二在滿載時用示波器觀測電流波形上明顯疊加尖刺，由于干擾限流 點(diǎn)比設(shè)計值偏低，圖一則沒有這種現(xiàn)象、還有開關(guān)管驅(qū)動信號電路，開關(guān)管驅(qū)動電阻要靠近開關(guān)管，可提高開關(guān)管工作可靠性，這和功率 MOSFET高直流阻抗電壓驅(qū)動特性有關(guān)。

開關(guān)電源印制板布線原則

下面談一談印制板布線的一些原則。

線間距：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(jīng)不存在什么問題，完全能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用場合?？紤] 到開關(guān)電源所采用的元器件及生產(chǎn)工藝，一般雙面板最小線間距設(shè)為0.3mm,單面板最小線間距設(shè)為0.5mm,焊盤與焊盤、焊盤與過孔或過孔與過孔，最小 間距設(shè)為0.5mm,可避免在焊接操作過程中出現(xiàn)“橋接”現(xiàn)象。，這樣大多數(shù)制板廠都能夠很輕松滿足生產(chǎn)要求，并可以把成品率控制得非常高，亦可實(shí)現(xiàn)合理 的布線密度及有一個較經(jīng)濟(jì)的成本。

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(dāng)線間電壓大于該值時一般可按照500V/1mm經(jīng)驗(yàn)值取線間距。

鑒于有一些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對線間距有較明確的規(guī)定，則要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，如交流入口端至熔斷器端連線。某些電源對體積要求很高，如模塊電源。一般變壓器輸入 側(cè)線間距為1mm實(shí)踐證明是可行的。對交流輸入，(隔離)直流輸出的電源產(chǎn)品，比較嚴(yán)格的規(guī)定為安全間距要大于等于6mm,當(dāng)然這由相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)及執(zhí)行方法 確定。一般安全間距可由反饋光耦兩側(cè)距離作為參考，原則大于等于這個距離。也可在光耦下面印制板上開槽，使爬電距離加大以滿足絕緣要求。一般開關(guān)電源交流 輸入側(cè)走線或板上元件距非絕緣的外殼、散熱器間距要大于5mm,輸出側(cè)走線或器件距外殼或散熱器間距要大于2mm,或嚴(yán)格按照安全規(guī)范執(zhí)行。

常用方法：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(hù)放電間隙，常見于電視機(jī)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(yīng)用，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、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(jī)殼間，這種材料有機(jī)械強(qiáng)度高，有 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(yīng)用。在元件和周圍導(dǎo)體間也可墊絕緣薄膜來提高絕緣抗電性能。

注意：某些器件絕緣被覆套不能用來作為絕緣介質(zhì)而減小安全間距，如電解電容的外皮，在高溫條件下，該外皮有可能受熱收縮。大電解防爆槽前端要留出空間，以確保電解電容在非常情況時能無阻礙地瀉壓。

印制板銅皮走線注意事項(xiàng)

走線電流密度：現(xiàn)在多數(shù)電子線路采用絕緣板縛銅構(gòu)成。常用線路板銅皮厚度為35μm,走線可按照1A/mm經(jīng)驗(yàn)值取電流密度值，具體計算可參見教科書。為 保證走線機(jī)械強(qiáng)度原則線寬應(yīng)大于或等于0.3mm(其他非電源線路板可能最小線寬會小一些)。銅皮厚度為70μm 線路板也常見于開關(guān)電源，那么電流密度可更高些。

補(bǔ)充一點(diǎn)，現(xiàn)常用線路板設(shè)計工具軟件一般都有設(shè)計規(guī)范項(xiàng)，如線寬、線間距，旱盤過孔尺寸等參數(shù)都可以進(jìn)行設(shè)定。在設(shè)計線路板時，設(shè)計軟件可自動按照規(guī)范執(zhí)行，可節(jié)省許多時間，減少部分工作量，降低出錯率。

一般對可靠性要求比較高的線路或布線線密度大可采用雙面板。其特點(diǎn)是成本適中，可靠性高，能滿足大多數(shù)應(yīng)用場合。

模塊電源行列也有部分產(chǎn)品采用多層板，主要便于集成變壓器電感等功率器件，優(yōu)化接線、功率管散熱等。具有工藝美觀一致性好，變壓器散熱好的優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是成本較高，靈活性較差，僅適合于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

單面板，市場流通通用開關(guān)電源幾乎都采用了單面線路板，其具有低成本的優(yōu)勢，在設(shè)計，及生產(chǎn)工藝上采取一些措施亦可確保其性能。

今天談?wù)剢蚊嬗≈瓢逶O(shè)計的一些體會，由于單面板具有成本低廉，易于制造的特點(diǎn)，在開關(guān)電源線路中得到廣泛應(yīng)用，由于其只有一面縛銅，器件的電器連接，機(jī)械固定都要依靠那層銅皮，在處理時必須小心。

為保證良好的焊接機(jī)械結(jié)構(gòu)性能，單面板焊盤應(yīng)稍微大一些，以確保銅皮和基板的良好縛著力，而不至于受到震動時銅皮剝離、斷脫。一般焊環(huán)寬度應(yīng)大于 0.3mm.焊盤孔直徑應(yīng)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。

電氣連線應(yīng)盡量寬，原則寬度應(yīng)大于焊盤直徑，特殊情況應(yīng)在連線于與焊盤交匯必須將線加寬(俗稱生成淚滴)，避免在某些條件線與焊盤斷裂。原則最小線寬應(yīng)大于0.5mm.

單面板上元器件應(yīng)緊貼線路板。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，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(qiáng)焊接的牢固性。線路板上重量較大的部件可增加支撐連接點(diǎn)，可加強(qiáng)與線路板間連接強(qiáng)度，如變壓器，功率器件散熱器。

單面板焊接面引腳在不影響與外殼間距的前題條件下，可留得長一些，其優(yōu)點(diǎn)是可增 加焊接部位的強(qiáng)度，加大焊接面積、有虛焊現(xiàn)象可即時發(fā)現(xiàn)。引腳長剪腿時，焊接部位受力較小。在臺灣、日本常采用把器件引腳在焊接面彎成與線路板成45度 角，然后再焊接的工藝，的其道理同上。今天談一談雙面板設(shè)計中的一些事項(xiàng)，在一 些要求比較高，或走線密度比較大的應(yīng)用環(huán)境中采用雙面印制板，其性能及各方面指標(biāo)要比單面板好很多。

雙面板焊盤由于孔已作金屬化處理強(qiáng)度較高，焊環(huán)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?yàn)樵诤附舆^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。但是有一個弊端，如果孔過大，波峰焊時在射流錫沖擊下 部分器件可能上浮，產(chǎn)生一些缺陷。

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(jìn)行解決，其方法有好多種

1, 將走線設(shè)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(fēng)整平時會被鍍上錫。

2, 在布線處放置焊盤，將該焊盤設(shè)置成需要走線的形狀，要注意把焊盤孔設(shè)置為零。

3, 在阻焊層放置線，此方法最靈活，但不是所有線路板生產(chǎn)商都會明白你的意圖，需用文字說明。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，要注意的是，如果很寬的的走線全部鍍上錫，在焊接以后，會粘接大量焊錫，并且分布很不均勻，影響美觀。一般可采用細(xì)長條鍍錫寬度在1~1.5mm,長度可根據(jù)線路來確定，鍍錫部分間隔0.5~1mm 雙面線路板為布局、走線提供了很大的選擇性，可使布線更趨于合理。關(guān)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(dǎo)致出現(xiàn)不穩(wěn)定的意外因素，信號控制回路盡量采用一點(diǎn)接地法，有一個技巧，盡量把非接地的走線放置在同一布線層，最后在另外一層鋪地線。輸出 線一般先經(jīng)過濾波電容處，再到負(fù)載，輸入線也必須先通過電容，再到變壓器，理論依據(jù)是讓紋波電流都通過旅濾波電容。