工程師不可不知的開(kāi)關(guān)電源關(guān)鍵設(shè)計(jì)（一）

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(duì)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(zhǎng)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(shí)發(fā)現(xiàn)。引腳長(zhǎng)剪腿時(shí)，焊接部位受力較小。在臺(tái)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(jì)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^(guò)程中有利于焊錫溶液通過(guò)焊孔滲透到頂層焊盤，以增加焊接可靠性。但是有一個(gè)弊端，如果孔過(guò)大，波峰焊時(shí)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(shí)該走線不會(huì)被阻焊劑覆蓋，熱風(fēng)整平時(shí)會(huì)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(huì)明白你的意圖，需用文字說(shuō)明。在阻焊層放置線的部位會(huì)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(huì)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(zhǎng)條鍍錫寬度在1~1.5mm，長(zhǎng)度可根據(jù)線路來(lái)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(hào)地一定要分開(kāi)，兩個(gè)地可在濾波電容處匯合，以避免大脈沖電流通過(guò) 信號(hào)地連線而導(dǎo)致出現(xiàn)不穩(wěn)定的意外因素，信號(hào)控制回路盡量采用一點(diǎn)接地法，有一個(gè)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(guò)濾波電容處，再到負(fù)載，輸入線也必須先通過(guò)電容，再到變壓器，理論依據(jù)是讓紋波電流都通過(guò)旅濾波電容。

電壓反饋取樣，為避免大電流通過(guò)走線的影響，反饋電壓的取樣點(diǎn)一定要放在電源輸出最末梢，以提高整機(jī)負(fù)載效應(yīng)指標(biāo)。

走線從一個(gè)布線層變到另外一個(gè)布線層一般用過(guò)孔連通，不宜通過(guò)器件管腳焊盤實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵诓逖b器件時(shí)有可能破壞這種連接關(guān)系，還有在每1A電流通過(guò)時(shí)，至少應(yīng)有2個(gè)過(guò)孔，過(guò)孔孔徑原則要大于0.5mm，一般0.8mm可確保加工可靠性。

器件散熱，在一些小功率電源中，線路板走線也可兼散熱功能，其特點(diǎn)是走線盡量寬大，以增加散熱面積，并不涂阻焊劑，有條件可均勻放置過(guò)孔，增強(qiáng)導(dǎo)熱性能。

接著談?wù)勪X基板在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用和多層印制板在開(kāi)關(guān)電源電路中的應(yīng)用。

鋁基板由其本身構(gòu)造，具有以下特點(diǎn)：導(dǎo)熱性能非常優(yōu)良、單面縛銅、器件只能放置在縛銅面、不能開(kāi)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，開(kāi)關(guān)管，輸出整流管通過(guò)基板把熱量傳導(dǎo)出去，熱阻很低，可取得較高可靠性。變壓器采用平面貼片結(jié)構(gòu)，也可通過(guò)基板散熱，其溫 升比常規(guī)要低，同樣規(guī)格變壓器采用鋁基板結(jié)構(gòu)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。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(guò)物理連接合成一體。

由于鋁基板優(yōu)良的導(dǎo)熱性，在小量手工焊接時(shí)比較困難，焊料冷卻過(guò)快，容易出現(xiàn)問(wèn)題現(xiàn)有一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的方法，將一個(gè)燙衣服的普通電熨斗(最好有調(diào)溫功能)， 翻過(guò)來(lái)，熨燙面向上，固定好，溫度調(diào)到150℃左右，把鋁基板放在熨斗上面，加溫一段時(shí)間，然后按照常規(guī)方法將元件貼上并焊接，熨斗溫度以器件易于焊接為 宜，太高有可能時(shí)器件損壞，甚至鋁基板銅皮剝離，溫度太低焊接效果不好，要靈活掌握。

最近幾年，隨著多層線路板在開(kāi)關(guān)電源電路中應(yīng)用，使得印制線路變壓器成為可能，由于多層板，層間距較小，也可以充分利用變壓器窗口截面，可在主線路板上再 加一到兩片由多層板組成的印制線圈達(dá)到利用窗口，降低線路電流密度的目的，由于采用印制線圈，減少了人工干預(yù)，變壓器一致性好，平面結(jié)構(gòu)，漏感低，偶合 好。開(kāi)啟式磁芯，良好的散熱條件。由于其具有諸多的優(yōu)勢(shì)，有利于大批量生產(chǎn)，所以得到廣泛的應(yīng)用。但研制開(kāi)發(fā)初期投入較大，不適合小規(guī)模生。

開(kāi)關(guān)電源分為，隔離與非隔離兩種形式，在這里主要談一談隔離式開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)湫问?，在下文中，非特別說(shuō)明，均指隔離電源。隔離電源按照結(jié)構(gòu)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(dǎo)通時(shí)副邊截止，變壓器儲(chǔ)能。原邊截止時(shí)，副邊導(dǎo)通，能量釋放到負(fù)載的工作狀態(tài)，一般常規(guī)反激式電源單管 多，雙管的不常見(jiàn)。正激式指在變壓器原邊導(dǎo)通同時(shí)副邊感應(yīng)出對(duì)應(yīng)電壓輸出到負(fù)載，能量通過(guò)變壓器直接傳遞。按規(guī)格又可分為常規(guī)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(diǎn)，在設(shè)計(jì)電路的過(guò)程中為達(dá)到最優(yōu)性價(jià)比，可以靈活運(yùn)用。一般在小功率場(chǎng)合可選用反激式。稍微大一些可采用單管正激電路，中等功 率可采用雙管正激電路或半橋電路，低電壓時(shí)采用推挽電路，與半橋工作狀態(tài)相同。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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省掉了一個(gè)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(yīng)用。在有些介紹中講到反激式電源功率只能做到幾十瓦， 輸出功率超過(guò)100瓦就沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)有難度。本人認(rèn)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，但沒(méi)見(jiàn)過(guò)實(shí)物。輸出功率大小與輸出電壓高低有關(guān)。

反激電源變壓器漏感是一個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù)，由于反激電源需要變壓器儲(chǔ)存能量，要 使變壓器鐵芯得到充分利用，一般都要在磁路中開(kāi)氣隙，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(jìn)入飽和非線形狀 態(tài)，磁路中氣隙處于高磁阻狀態(tài)，在磁路中產(chǎn)生漏磁遠(yuǎn)大于完全閉合磁路。

變壓器初次極間的偶合，也是確定漏感的關(guān)鍵因素，要盡量使初次極線圈靠近，可采用三明治繞法，但這樣會(huì)使變壓器分布電容增大。選用鐵芯盡量用窗口比較長(zhǎng)的磁芯，可減小漏感，如用EE、EF、EER、PQ型磁芯效果要比EI型的好。

關(guān)于反激電源的占空比，原則上反激電源的最大占空比應(yīng)該小于0.5，否則環(huán)路不容易補(bǔ)償，有可能不穩(wěn)定，但有一些例外，如美國(guó)PI公司推出的 TOP系列芯片是可以工作在占空比大于0.5的條件下。 占空比由變壓器原副邊匝數(shù)比確定，本人對(duì)做反激的看法是，先確定反射電壓(輸出電壓通過(guò)變壓器耦合反映到原邊的電壓值)，在一定電壓范圍內(nèi)反射電壓提高則 工作占空比增大，開(kāi)關(guān)管損耗降低。反射電壓降低則工作占空比減小，開(kāi)關(guān)管損耗增大。當(dāng)然這也是有前提條件，當(dāng)占空比增大，則意味著輸出二極管導(dǎo)通時(shí)間縮 短，為保持輸出穩(wěn)定，更多的時(shí)候?qū)⒂奢敵鲭娙莘烹婋娏鱽?lái)保證，輸出電容將承受更大的高頻紋波電流沖刷，而使其發(fā)熱加劇，這在許多條件下是不允許的。 占空比增大，改變變壓器匝數(shù)比，會(huì)使變壓器漏感加大，使其整體性能變，當(dāng)漏感能量大到一定程度，可充分抵消掉開(kāi)關(guān)管大占空帶來(lái)的低損耗，時(shí)就沒(méi)有再增大占 空比的意義了，甚至可能會(huì)因?yàn)槁└蟹捶逯惦妷哼^(guò)高而擊穿開(kāi)關(guān)管。由于漏感大，可能使輸出紋波，及其他一些電磁指標(biāo)變差。當(dāng)占空比小時(shí)，開(kāi)關(guān)管通過(guò)電流有效 值高，變壓器初級(jí)電流有效值大，降低變換器效率，但可改善輸出電容的工作條件，降低發(fā)熱。如何確定變壓器反射電壓(即占空比)

有網(wǎng)友提到開(kāi)關(guān)電源的反饋環(huán)路的參數(shù)設(shè)置，工作狀態(tài)分析。由于在上學(xué)時(shí)高數(shù)學(xué)的比較差，《自動(dòng)控制原理》差一點(diǎn)就補(bǔ)考了，對(duì)于這一門現(xiàn)在還感覺(jué)恐懼，到現(xiàn) 在也不能完整寫出閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)，對(duì)于系統(tǒng)零點(diǎn)、極點(diǎn)的概念感覺(jué)很模糊，看波德圖也只是大概看出是發(fā)散還是收斂，所以對(duì)于反饋補(bǔ)償不敢胡言亂語(yǔ)，但有有 一些建議。如果有一些數(shù)學(xué)功底，再有一些學(xué)習(xí)時(shí)間可以再把大學(xué)的課本《自動(dòng)控制原理》找出來(lái)仔細(xì)的消化一下，并結(jié)合實(shí)際的開(kāi)關(guān)電源電路，按工作狀態(tài)進(jìn)行分 析。一定會(huì)有所收獲，論壇有一個(gè)帖子《拜師求學(xué)反饋環(huán)路設(shè)計(jì)、調(diào)式》其中CMG回答得很好，我覺(jué)得可以參考。