你的位置:首頁 > 電源管理 > 正文

開關(guān)電源設(shè)計必須注意的這64個細節(jié)

發(fā)布時間:2020-02-03 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】以下為大家詳細介紹開關(guān)電源設(shè)計中,需要特別注意的64個細節(jié)。變壓器圖紙、PCB、原理圖這三者的變壓器飛線位號需一致。這是很多工程師在申請安規(guī)認證提交資料時會犯的一個毛病。
 
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(guī)認證要求
 
這是很多工程師在申請安規(guī)認證提交資料時會犯的一個毛病。
 
2.X電容的泄放電阻需放兩組。
 
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,浪費自己和采購打樣的時間。
 
3.變壓器飛線的PCB孔徑需考慮到最大飛線直徑,必要是預(yù)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(guī)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:
 
 
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:
 
 
5.電路調(diào)試,OCP限流電阻多個并聯(lián)的阻值要設(shè)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(shè)計,散熱片引腳的孔做成長方形橢圓形(經(jīng)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.電路調(diào)試,異常測試時,輸出電壓或OVP設(shè)計要小于60Vac(Vpk)/42.4Vdc(Vrms)。
 
理由:安規(guī)要求
 
這個新手比較容易忽略,所以申請認證的產(chǎn)品一定要做OVP測試,抓輸出瞬間波形。
 
8.電路設(shè)計,電解電容的防爆孔距離大于2mm,臥式彎腳留1.5mm。
 
理由:品質(zhì)提升
 
一般正規(guī)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.電路調(diào)試,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(diào)整環(huán)路。
 
理由:驗證產(chǎn)品穩(wěn)定性
 
這個很重要,我之前經(jīng)常碰到這個問題,產(chǎn)線老化后測試紋波會變高,現(xiàn)象是環(huán)路震蕩。
 
10.電路調(diào)試,二極管并聯(lián)時,應(yīng)該測試一顆二極管故障開路時, 產(chǎn)生的異常(包括TO-220 里的兩顆二極管)。
 
理由:品質(zhì)提升
 
小公司一般都不會做這個動作的,一款優(yōu)秀的產(chǎn)品是要經(jīng)得起任何考驗的。
 
11.電路設(shè)計,如果PCB空間充裕,請設(shè)計成通殺所有安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。
 
理由:減少PCB修改次數(shù)。
 
如果你某一產(chǎn)品是符合UL60335標(biāo)準(zhǔn),哪天客戶希望滿足UL1310,這時你又得改PCB Layout拿去安規(guī)報備了,如果你畫的板符合各類標(biāo)準(zhǔn),后面的工作會輕松很多。
 
12.電路設(shè)計,關(guān)于ESD請設(shè)計成接觸±8KV/空氣±15KV標(biāo)準(zhǔn)。
 
理由:減少后續(xù)整改次數(shù)。
 
像飛利浦這樣的客戶都要求ESD非常嚴(yán)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(shè)計,設(shè)計變壓器時,VCC電壓在輕載電壓要大于IC的欠壓關(guān)斷電壓值。
 
判斷空載VCC電壓需大于芯片關(guān)斷電壓的5V左右,同時確認滿載時不能大于芯片過壓保護值
 
14.電路設(shè)計,設(shè)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(chǎn)品9V-15V是共用一個變壓器,請確認VCC電壓,和功率管耐壓
 
15.電路調(diào)試,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(shè)短了,比尖峰脈沖的時間還短,那就沒有效果了還是會誤判;如果設(shè)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(jīng)驗值1nS的Delay約等于1K對100PF,也等于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鉆孔。
 
理由:方便組裝
 
如圖:
 
 
實物如圖:
 
 
實際組裝如圖:
 
 
這樣做可以使小板與PCB大板之間緊密貼合,不會有浮高現(xiàn)象
 
17.電路設(shè)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.電路調(diào)試,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.電路調(diào)試,輸出濾波電容的耐壓致少需符合1.2倍余量,避勉量產(chǎn)有損壞現(xiàn)象。
 
之前是犯了這個很低級的錯誤,14.5V輸出用16V耐壓電容,量產(chǎn)有1%的電容失效不良。
 
20.電路設(shè)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(jié)省成本。
 
21.整流橋堆、二極管或肖特基,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(yīng)商送貨一至性,避免供應(yīng)商偷工減料,影響產(chǎn)品效率
 
另人煩腦的就是供應(yīng)商做手腳,導(dǎo)致一整批試產(chǎn)的產(chǎn)品過不了六級能效,原因就是肖特基內(nèi)部晶元用小導(dǎo)致。
 
22.電路設(shè)計,Snubber 電容,因為有異音問題,優(yōu)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(chǎn)生的噪音要小12dB
 
處理異音的方法之二
 
24.變壓器生產(chǎn)時真空浸漆,可以使其工作在較低的磁通密度,使用環(huán)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(shè)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(shè)計,高壓大電容并一顆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項目測試時,需測試出產(chǎn)品的最大程序,直到產(chǎn)品損壞為止。
 
例如ESD 雷擊等,一定要打到產(chǎn)品損壞為止,并做好相關(guān)記錄,看產(chǎn)品余量有多少,做到心中有數(shù)
 
28.電路設(shè)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(guī)開殼樣機,所有可選插件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(jīng)常犯的一個毛病,經(jīng)常一股勁的把樣品送到第三方機構(gòu),后面來來回回改來改去的
 
30.電路調(diào)試,冷機時PSR需1.15倍電流能開機,SSR需1.3倍電流能開機,避免老化后啟動不良
 
PSR現(xiàn)在很多芯片都可以實現(xiàn)“零恢復(fù)”OCP電流,比如ME8327N,具有“零恢復(fù)”OCP電流功能
 
31.電路設(shè)計,請注意使用的Y電容總?cè)萘?不能超過222P, 因為有漏電流的影響
 
針對不同安規(guī),漏電流要求也不一樣,在設(shè)計時需特別留意
 
32.反激拓補結(jié)構(gòu),變壓器B值需小于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。
 
 
 
變壓器的磁飽和一定要確認,重重之重,這是首條安全性能保障,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(jié)構(gòu)設(shè)計,散熱片使用螺絲固定參考以下表格設(shè)計,實際應(yīng)用中應(yīng)增加0.5-1mm余量,參考如下表格:
 
 
BOM表上寫的螺絲規(guī)格一定要對,不然量產(chǎn)時會讓你難受
 
34.結(jié)構(gòu)設(shè)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(guī)要求
 
經(jīng)常被第三方機構(gòu)退回樣品,整改
 
35.傳導(dǎo)整改,分段處理經(jīng)驗,如下圖,這只是處理的一種方法,有些情況并不是能直接套用
 
 
36.輻射整改,分段處理經(jīng)驗,如下圖,適合一些新手工程師,提供一個參考的方向,有些情況并不是能直接套用,最主要的還是要搞清楚EMI產(chǎn)生的機理。
 
 
37.關(guān)于PCB碰到的問題,如圖,為什么99SE畫板覆銅填充的時候填不滿這個位置?像是有死銅一樣
 
 
 
D1這個元件有個文字描述的屬性放在了頂層銅箔,如圖
 
 
 
把它放到頂層絲印后,完美解決。
 
 
 
38.變壓器銅箔屏蔽主要針對傳導(dǎo),線屏蔽主要針對輻射,當(dāng)傳導(dǎo)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屏蔽改成線屏蔽,盡量壓低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上的整流二極管,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(chǎn)品,余量都有4dB以上,量產(chǎn)很多次了,其中有一次量產(chǎn)抽檢EMI發(fā)現(xiàn)輻射超1dB左右,不良率有50%,經(jīng)過層層排查、一個個元件對換。最終發(fā)現(xiàn)是VCC上的整流二極管引發(fā)的問題,更換之前的管子(留低樣品),余量有4dB。對不良管子分析,發(fā)現(xiàn)管子內(nèi)部供應(yīng)商做了鏡像處理。
 
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(jù)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,其通過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適配器的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:Np1→VCC→Ns1→Ns2→銅屏蔽0.9Ts→Np2
 
PCB關(guān)鍵布局: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
 
圖一(115Vac)
 
圖一所示可以看到,130-200M處情況并不樂觀;
 
130-200M主要原因在于PCB布局問題和二次側(cè)的肖特基回路,改其它地方作用不大,肖特基套磁珠可以完全壓下來,圖忘記保存了。
 
為了節(jié)約成本,公司并不讓我這樣做,因為套磁珠影響了成本,當(dāng)即NG掉此PCB布局,采用圖一a方式PCB關(guān)鍵布局走線。
 
變壓器繞法不變:Np1→VCC→Ns1→Ns2→銅屏蔽0.9Ts→Np2
 
PCB關(guān)鍵布局:Y電容地→變壓器地→大電容地
 
注:變壓器內(nèi)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布局后130M-200M已經(jīng)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(dǎo)部分頻段削掉了一些尖峰;
 
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)
 
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,后面還是有點高,如圖一b-1所示;
 
圖一b-2(230Vac)
 
變壓器屏蔽改成線屏蔽(0.2*1*30Ts),后面完全衰減,如圖一b-2;
 
圖一b-3(115Vac)
 
115Vac輸入測試,后面150M又超了,發(fā)克!高壓好了低壓又不行,惱火?。】磥磉@招不行;
 
圖一b-4(115Vac)
 
變壓器屏蔽還是換成銅箔屏蔽(圈數(shù)由0.9Ts改成1.3Ts),效果不錯,如圖一b-4所示。
 
圖一b-5(230Vac)
 
115Vac輸入測試,測試通過。
 
結(jié)論:
 
一:變壓器出線需做到不交叉;
 
二:Y電容回路走線越短越好先經(jīng)過變壓器地再回到大電容地,不與其它信號線交叉;
 
43.一款48W(36V/1.33A)整改EMI案例,僅僅是調(diào)整了肖特基吸收就把30-40M壓下來。
 
115Vac低壓30M紅色頂線
 
230Vac高壓30M紅色也頂線
 
調(diào)整肖特基吸收后:
 
115Vac低壓,走勢圖非常漂亮
 
230Vac高壓,走勢圖非常漂亮
 
44.安規(guī)距離一覽表。
 
 
45.剛?cè)腴T使用CAD、PADS上容易遇到的問題。
 
a..PADS畫好的PCB導(dǎo)出為DXF文件,CAD打開后是由雙線組成的空心線段,如圖:
 
 
剛開始不會時,是用L命令一根一根的描,狂汗  。。
 
使用多次后,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(zhuǎn)PADS做PCB外框圖方法:
 
step1.在CAD里面刪掉沒有的線,只剩下板框,其它線也可以不刪。
 
step2.在鍵盤上敲PE,回車,鼠標(biāo)點中其中一邊,再敲Y,回車,再敲J,回車,拖動鼠標(biāo)把整個板框選中,回車,按Esc鍵退出此模式。
 
step3.比例調(diào)整,SC 按空格,選取整個板框,按空格,任意地方單擊鼠標(biāo)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。
 
 
47.PCB的熱點區(qū)域一定要遠離輸入、輸出端子,防止噪聲源串到線上導(dǎo)致EMI變差,在不得已而為之時,可增加地線或其它屏蔽方式進行隔離,如下圖增加了一條地線進行有效隔離。
 
 
需注意這條地線的安全距離。
 
48.驅(qū)動電阻盡量靠近MOS、電流采樣的電阻盡量靠近芯片,避免產(chǎn)生其它看不到的后果。
 
PCB布局鐵律
 
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,后來把其中一只腳懸空,輻射頻段變好。后面分析原因是2只腳接地會產(chǎn)生磁場回路。
 
這個整改花了很多錢
 
50.配有風(fēng)扇的電源,PCB布局要考慮風(fēng)路。
 
一定要讓風(fēng)跑出去
 
51.棒型電感兩條腿之間,切記,切記,切記,禁止走弱信號走線,否則發(fā)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(jié)
 
a..EE,EI,EF,EEL類,常用來制作中小功率的變壓器,成本低,工藝簡單
 
b..EFD,EPC類,常用來制作對高度有限制的產(chǎn)品,適合做中小功率類
 
c..EER,ERL,ETD類,常用來制作大中型功率的變壓器,特別適合用來制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(guī)
 
d..PQ,EQ,LP類,該磁芯的中間柱較一般的磁芯要大,產(chǎn)品漏感較小,適合做小體積大功率的變壓器,輸出組數(shù)不能過多
 
e..RM,POT類,常用來制作通訊類或中小功率高頻變壓器,本身的磁屏蔽很好,容易滿足EMC特性
 
f..EDR類,一般常用于LED驅(qū)動,產(chǎn)品厚度要求薄,變壓器制做工藝復(fù)雜
 
53.某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高電位差,應(yīng)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(cè)的高壓MOS的D、S之間距離,依據(jù)公式500V對應(yīng)0.85mm,DS電壓在700V以下是0.9mm,考慮到污染和潮濕,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(xiàn)象,增加安全距離后解決了,因為磁珠容易沾上殘留物
 
55.發(fā)一個驗證VCC的土方法,把產(chǎn)品放低溫環(huán)境(冰箱)幾分鐘,測試VCC波形電壓有沒有觸發(fā)到芯片欠壓保護點。
 
小公司設(shè)備沒那么全,有興趣的可以做個對比,看看VCC差異有多大
 
關(guān)于VCC圈數(shù)的設(shè)計需要考慮很多因素
 
56.在變壓器底部PCB加通風(fēng)孔,有利于散熱,小板也一樣,要考慮風(fēng)路。
 
在安規(guī)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(yīng)要保持安全距離,特別是容易活動或歪斜的元件。
 
保證產(chǎn)品量產(chǎn)時的穩(wěn)定性
 
58.輸出大電解底部不得已要走跳線時,跳線應(yīng)是低壓或是地線,為防止過波峰焊燙傷電容,一般加套管。
 
設(shè)計的時候盡量避免電容底部走跳線,因為增加成本和隱患
 
59.高頻開關(guān)管平貼PCB時,PCB另一面不要放芯片等敏感器件。
 
理由:開關(guān)管工作時容易干擾到背部的芯片,造成系統(tǒng)不穩(wěn)定,其它高頻器件同理
 
60.輸出的DC線在PCB設(shè)計時,要設(shè)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(dāng)兩個焊盤孔間隔太遠時,會造成不方便生產(chǎn)焊接
 
61.MOS管、變壓器遠離AC端,改善EMI傳導(dǎo)。
 
理由:高頻信號會通過AC端耦合出去,從而噪聲源被EMI設(shè)備檢測到引起EMI問題
 
62.驅(qū)動電阻應(yīng)靠近MOS管。
 
理由:增加抗干擾能力,提升系統(tǒng)穩(wěn)定性
 
63.一個恒壓恒流帶轉(zhuǎn)燈的PCB設(shè)計走線方法和一個失敗案例。
 
PCB設(shè)計走線方法請看圖:
 
 
(a) 地線的Layout原則
 
如(1)(2)(3)綠線所示,R11的地和R14的地連接到芯片的地,再連接到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(huán),如果ME4312芯片的地接到次級B線到EC4電容之間,受到較強的di/dt干擾會導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定等因素。
 
失敗案例:
 
 
造成的問題:轉(zhuǎn)燈時紅燈綠燈一起亮,并且紅燈綠交替閃爍。
 
整改措施:
 
通過斷開PCB銅箔使用一根導(dǎo)線連到輸出電容地,隔開ME4312B芯片地,如下圖:
 
 
通過以上處理,燈閃問題已經(jīng)解決,測試結(jié)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(zhuǎn)綠燈  96mA以上轉(zhuǎn)紅燈
 
轉(zhuǎn)燈比例 94/1043=9%,轉(zhuǎn)燈比例可以控制在3-12%
 
64.一個最近貼片電容漲價的應(yīng)對小技巧,貼片電容都預(yù)留一個插件位置,或104都改為224P,這樣相對便宜很多。
 
來源:網(wǎng)絡(luò)整理
特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉