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開關電源設計必須注意的64個細節(jié)

電源研發(fā)精英圈 ? 來源:lp ? 2019-03-07 10:11 ? 次閱讀

1. 變壓器圖紙、PCB、原理圖這三者的變壓器飛線位號需一至。

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.電路調試,OCP限流電阻多個并聯(lián)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(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.電路調試,異常測試時,輸出電壓或OVP設計要小于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.電路調試,二極管并聯(lián)時,應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.電路設計,如果PCB空間充裕,請設計成通殺所有安規(guī)標準。

理由:減少PCB修改次數(shù)。

如果你某一產(chǎn)品是符合UL60335標準,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準,后面的工作會輕松很多。

12.電路設計,關于ESD請設計成接觸±8KV/空氣±15KV標準。

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.電路設計,設計變壓器時,VCC電壓在輕載電壓要大于IC的欠壓關斷電壓值。

判斷空載VCC電壓需大于芯片關斷電壓的5V左右,同時確認滿載時不能大于芯片過壓保護值

14.電路設計,設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:管控供應商送貨一至性,避免供應商偷工減料,影響產(chǎn)品效率

另人煩腦的就是供應商做手腳,導致一整批試產(chǎn)的產(chǎn)品過不了六級能效,原因就是肖特基內部晶元用小導致。

22.電路設計,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,并做好相關記錄,看產(chǎn)品余量有多少,做到心中有數(shù)

28.電路設計,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,后面來來回回改來改去的

30.電路調試,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”O(jiān)CP電流,比如ME8327N,具有“零恢復”O(jiān)CP電流功能

31.電路設計,請注意使用的Y電容總容量,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,在設計時需特別留意

32.反激拓補結構,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.結構設計,散熱片使用螺絲固定參考以下表格設計,實際應用中應增加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.結構設計,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)常被第三方機構退回樣品,整改

35.傳導整改,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,線屏蔽主要針對輻射,當傳導非常好的時候,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)管子內部供應商做了鏡像處理。

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,當即NG掉此PCB布局,采用圖一a方式PCB關鍵布局走線。

變壓器繞法不變:Np1→VCC→Ns1→Ns2→銅屏蔽0.9Ts→Np2

PCB關鍵布局: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,惱火啊!看來這招不行;

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.剛入門使用CAD、PADS上容易遇到的問題。

a..PADS畫好的PCB導出為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,鼠標點中其中一邊,再敲Y,回車,再敲J,回車,拖動鼠標把整個板框選中,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,任意地方單擊鼠標一下, 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.配有風扇的電源,PCB布局要考慮風路。

一定要讓風跑出去

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

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驅動,產(chǎn)品厚度要求薄,變壓器制做工藝復雜

53.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(jù)公式500V對應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。

小公司設備沒那么全,有興趣的可以做個對比,看看VCC差異有多大

關于VCC圈數(shù)的設計需要考慮很多因素

56.在變壓器底部PCB加通風孔,有利于散熱,小板也一樣,要考慮風路。

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.高頻開關管平貼PCB時,PCB另一面不要放芯片等敏感器件。

理由:開關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設計時,要設計成長短一至,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。

理由:高頻信號會通過AC端耦合出去,從而噪聲源被EMI設備檢測到引起EMI問題

62.驅動電阻應靠近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:

(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干擾會導致系統(tǒng)的不穩(wěn)定等因素。

失敗案例:

造成的問題:轉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,測試結果如下:

CV15V1.043A

CV14V1.043A

CV13V1.043A

CV12V1.043A

CV11V1.043A

CV10V1.043A

CV9V1.043A

CV8.5V1.043A

CV8VVCC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%

64.一個最近貼片電容漲價的應對小技巧,貼片電容都預留一個插件位置,或104都改為224P,這樣相對便宜很多。


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原文標題:開關電源設計必須注意的64個細節(jié)

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    <b class='flag-5'>開關電源</b>設計<b class='flag-5'>必須</b><b class='flag-5'>注意</b>的<b class='flag-5'>64</b><b class='flag-5'>個</b><b class='flag-5'>細節(jié)</b>(二)

    開關電源設計必須注意64細節(jié)(一)

    變壓器飛線的PCB孔徑需考慮到最大飛線直徑,必要是預留兩組一大一小的PCB孔。因為安規(guī)申請認證通常會有一系列,比如說24W申請一系列,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。
    發(fā)表于 02-10 11:37 ?6次下載
    <b class='flag-5'>開關電源</b>設計<b class='flag-5'>必須</b><b class='flag-5'>注意</b>的<b class='flag-5'>64</b><b class='flag-5'>個</b><b class='flag-5'>細節(jié)</b>(一)

    64開關電源設計必須注意細節(jié)

    因為安規(guī)申請認證通常會有一系列,比如說24W申請一系列,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。
    的頭像 發(fā)表于 01-03 16:21 ?828次閱讀

    新手必看:開關電源使用注意事項

    開關電源是電路工程師日常生活中經(jīng)常要用到的電子部件,開關電源功能多樣,應用廣泛,是電路上不可或缺的電子器件之一,那么使用開關電源注意什么?今天凡億教育將為小伙伴們分享使用
    的頭像 發(fā)表于 03-16 14:39 ?2875次閱讀

    開關電源并聯(lián)注意事項有哪些?開關電源有哪些設計注意事項?

    一、開關電源并聯(lián)注意事項電源并聯(lián)連接必須遵循一定的規(guī)范,否則會導致電源輸出功率不穩(wěn)定、電源壽命縮
    的頭像 發(fā)表于 09-19 10:12 ?5138次閱讀
    <b class='flag-5'>開關電源</b>并聯(lián)<b class='flag-5'>注意</b>事項有哪些?<b class='flag-5'>開關電源</b>有哪些設計<b class='flag-5'>注意</b>事項?
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