開關電源PCB設計原則及走線技巧
發布時間:2011-08-31
中心議題:
- 開關電源印製板布線原則
- 開關電源印製板銅皮走線的一些事項
- 開關電源印製板大電流走線的處理
- 反激電源反射電壓的一個確定因素
解決方案:
- 鋁基板在開關電源中的應用
- 多層印製板在開關電源電路中的應用
一、引言
開關電源是一種電壓轉換電路,主要的工作內容是升壓和降壓,廣泛應用於現代電子產品。因為開關三極管總是工作在 “開” 和“關” 的de狀zhuang態tai,所suo以yi叫jiao開kai關guan電dian源yuan。開kai關guan電dian源yuan實shi質zhi就jiu是shi一yi個ge振zhen蕩dang電dian路lu,這zhe種zhong轉zhuan換huan電dian能neng的de方fang式shi,不bu僅jin應ying用yong在zai電dian源yuan電dian路lu,在zai其qi它ta的de電dian路lu應ying用yong也ye很hen普pu遍bian,如ru液ye晶jing顯xian示shi器qi的de背bei光guang電dian路lu、日光燈等。開關電源與變壓器相比具有效率高、穩性好、體ti積ji小xiao等deng優you點dian,缺que點dian是shi功gong率lv相xiang對dui較jiao小xiao,而er且qie會hui對dui電dian路lu產chan生sheng高gao頻pin幹gan擾rao,變bian壓ya器qi反fan饋kui式shi振zhen蕩dang電dian路lu,能neng產chan生sheng有you規gui律lv的de脈mai衝chong電dian流liu或huo電dian壓ya的de電dian路lu叫jiao振zhen蕩dang電dian路lu,變bian壓ya器qi反fan饋kui式shi振zhen蕩dang電dian路lu就jiu是shi能neng滿man足zu這zhe種zhong條tiao件jian的de電dian路lu。
kaiguandianyuanfenwei,geliyufeigeliliangzhongxingshi,zaizhelizhuyaotanyitangelishikaiguandianyuandetuopuxingshi,zaixiawenzhong,feitebieshuoming,junzhigelidianyuan。gelidianyuananzhaojiegouxingshibutong,kefenweiliangdalei:正zheng激ji式shi和he反fan激ji式shi。反fan激ji式shi指zhi在zai變bian壓ya器qi原yuan邊bian導dao通tong時shi副fu邊bian截jie止zhi,變bian壓ya器qi儲chu能neng。原yuan邊bian截jie止zhi時shi,副fu邊bian導dao通tong,能neng量liang釋shi放fang到dao負fu載zai的de工gong作zuo狀zhuang態tai,一yi般ban常chang規gui反fan激ji式shi電dian源yuan單dan管guan多duo,雙shuang管guan的de不bu常chang見jian。正zheng激ji式shi指zhi在zai變bian壓ya器qi原yuan邊bian導dao通tong同tong時shi副fu邊bian感gan應ying出chu對dui應ying電dian壓ya輸shu出chu到dao負fu載zai,能neng量liang通tong過guo變bian壓ya器qi直zhi接jie傳chuan遞di。按an規gui格ge又you可ke分fen為wei常chang規gui正zheng激ji,包bao括kuo單dan管guan正zheng激ji,雙shuang管guan正zheng 激。半橋、橋式電路都屬於正激電路。
正zheng激ji和he反fan激ji電dian路lu各ge有you其qi特te點dian,在zai設she計ji電dian路lu的de過guo程cheng中zhong為wei達da到dao最zui優you性xing價jia比bi,可ke以yi靈ling活huo運yun用yong。一yi般ban在zai小xiao功gong率lv場chang合he可ke選xuan用yong反fan激ji式shi。稍shao微wei大da一yi些xie可ke采cai用yong單dan管guan正zheng激ji電dian路lu,中zhong等deng功gong率lv可ke采cai用yong雙shuang管guan正zheng激ji電dian路lu或huo半ban橋qiao電dian路lu,低di電dian壓ya時shi采cai用yong推tui挽wan電dian路lu,與yu半ban橋qiao工gong作zuo狀zhuang態tai相xiang同tong。大da功gong率lv輸shu出chu,一yi般ban采cai用yong橋qiao式shi電dian路lu,低di壓ya也ye可ke采cai用yong推tui挽wan電dian路lu。
反fan激ji式shi電dian源yuan因yin其qi結jie構gou簡jian單dan,省sheng掉diao了le一yi個ge和he變bian壓ya器qi體ti積ji大da小xiao差cha不bu多duo的de電dian感gan,而er在zai中zhong小xiao功gong率lv電dian源yuan中zhong得de到dao廣guang泛fan的de應ying用yong。在zai有you些xie介jie紹shao中zhong講jiang到dao反fan激ji式shi電dian源yuan功gong率lv隻zhi能neng做zuo到dao幾ji十shi瓦wa,輸shu出chu功gong率lv超chao過guo100瓦就沒有優勢,實現起來有難度。本人認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,但沒見過實物。輸出功率大小與輸出電壓高低有關。
反激電源變壓器漏感是一個非常關鍵的參數,由於反激電源需要變壓器儲存能量,要 shibianyaqitiexindedaochongfenliyong,yibandouyaozaiciluzhongkaiqixi,qimudeshigaibiantiexincizhihuixiandexielv,shibianyaqinenggouchengshoudademaichongdianliuchongji,erbuzhiyutiexinjinrubaohefeixianxingzhuang 態,磁路中氣隙處於高磁阻狀態,在磁路中產生漏磁遠大於完全閉合磁路。
脈(mai)衝(chong)電(dian)壓(ya)連(lian)線(xian)盡(jin)可(ke)能(neng)短(duan),其(qi)中(zhong)輸(shu)入(ru)開(kai)關(guan)管(guan)到(dao)變(bian)壓(ya)器(qi)連(lian)線(xian),輸(shu)出(chu)變(bian)壓(ya)器(qi)到(dao)整(zheng)流(liu)管(guan)連(lian)接(jie)線(xian)。脈(mai)衝(chong)電(dian)流(liu)環(huan)路(lu)盡(jin)可(ke)能(neng)小(xiao)如(ru)輸(shu)入(ru)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)正(zheng)到(dao)變(bian)壓(ya)器(qi)到(dao)開(kai)關(guan)管(guan)返(fan)回(hui)電(dian)容(rong)負(fu)。輸(shu)出(chu)部(bu)分(fen)變(bian)壓(ya)器(qi)出(chu)端(duan)到(dao)整(zheng)流(liu)管(guan)到(dao)輸(shu)出(chu)電(dian)感(gan)到(dao)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)返(fan)回(hui)變(bian)壓(ya)器(qi)電(dian)路(lu)中(zhong)X電容要盡量接 近開關電源輸入端,輸入線應避免與其他電路平行,應避開。Y電容應放置在機殼接地端子或FG連接端。共摸電感應與變壓器保持一定距離,以避免磁偶合。
輸shu出chu電dian容rong一yi般ban可ke采cai用yong兩liang隻zhi一yi隻zhi靠kao近jin整zheng流liu管guan另ling一yi隻zhi應ying靠kao近jin輸shu出chu端duan子zi,可ke影ying響xiang電dian源yuan輸shu出chu紋wen波bo指zhi標biao,兩liang隻zhi小xiao容rong量liang電dian容rong並bing聯lian效xiao果guo應ying優you於yu用yong一yi隻zhi大da容rong量liang電dian容rong。發fa熱re器qi件jian要yao和he電dian解jie 電容保持一定距離,以延長整機壽命,電解電容是開關電源壽命的瓶勁,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風口。
二、印製板布線的一些原則
印yin製zhi板ban設she計ji時shi,要yao考kao慮lv到dao幹gan擾rao對dui係xi統tong的de影ying響xiang,將jiang電dian路lu的de模mo擬ni部bu分fen和he數shu字zi部bu分fen的de電dian路lu嚴yan格ge分fen開kai,對dui核he心xin電dian路lu重zhong點dian防fang護hu,將jiang係xi統tong地di線xian環huan繞rao,並bing布bu線xian盡jin可ke能neng粗cu,電dian源yuan增zeng加jia濾lv波bo電dian路lu,采cai用yongDC-DC隔離,信號采用光電隔離,設計隔離電源,分析容易產生幹擾的部分(如時鍾電路、通訊電路等)和容易被幹擾的部分(如模擬采樣電路等),對(dui)這(zhe)兩(liang)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)電(dian)路(lu)分(fen)別(bie)采(cai)取(qu)措(cuo)施(shi)。對(dui)於(yu)幹(gan)擾(rao)元(yuan)件(jian)采(cai)取(qu)抑(yi)製(zhi)措(cuo)施(shi),對(dui)敏(min)感(gan)元(yuan)件(jian)采(cai)取(qu)隔(ge)離(li)和(he)保(bao)護(hu)措(cuo)施(shi),並(bing)且(qie)將(jiang)它(ta)們(men)在(zai)空(kong)間(jian)和(he)電(dian)氣(qi)上(shang)拉(la)開(kai)距(ju)離(li)。在(zai)板(ban)級(ji)設(she)計(ji)時(shi),還(hai)要(yao)注(zhu)意(yi)元(yuan)器(qi)件(jian)放(fang)置(zhi)要(yao)遠(yuan)離(li)印(yin)製(zhi)板(ban)邊(bian)沿(yan),這(zhe)對(dui)防(fang)護(hu)空(kong)氣(qi)放(fang)電(dian)是(shi)有(you)利(li)的(de)。樣(yang)電(dian)路(lu)的(de)原(yuan)理(li)圖(tu)設(she)計(ji)參(can)見(jian)圖(tu)1

圖1 原理圖[page]
線間距:隨著印製線路板製造工藝的不斷完善和提高,一般加工廠製造出線間距等於甚至小於0.1mm已經不存在什麼問題,完全能夠滿足大多數應用場合。考慮 到開關電源所采用的元器件及生產工藝,一般雙麵板最小線間距設為0.3mm,單麵板最小線間距設為0.5mm,焊盤與焊盤、焊盤與過孔或過孔與過孔,最小 間距設為0.5mm,可避免在焊接操作過程中出現“橋接”現象。,這樣大多數製板廠都能夠很輕鬆滿足生產要求,並可以把成品率控製得非常高,亦可實現合理 的布線密度及有一個較經濟的成本。
最小線間距隻適合信號控製電路和電壓低於63V的低壓電路,當線間電壓大於該值時一般可按照500V/1mm經驗值取線間距。
方法一:shangwentidaodexianlubankaicaodefangfashiyongyuyixiejianjubugoudechanghe,shunbiantiyixia,gaifayechangyonglaizuoweibaohufangdianjianxi,changjianyudianshijixianxiangguanweibanhedianyuanjiaoliushuruchu。gaifazaimokuaidianyuanzhongdedaoleguangfandeyingyong,zaiguanfengdetiaojianxiakehuodehenhaodexiaoguo。
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於金屬機殼間,這種材料有機械強度高,有 youyidingkangchaoshidenengli。jusifuyixidingxiangmoyouyujuyounaigaowendetexingzaimokuaidianyuanzhongdedaoguangfandeyingyong。zaiyuanjianhezhouweidaotijianyekedianjueyuanbomolaitigaojueyuankangdianxingneng。
鋁基板由其本身構造,具有以下特點:導熱性能非常優良、單麵縛銅、器件隻能放置在縛銅麵、不能開電器連線孔所以不能按照單麵板那樣放置跳線。
鋁lv基ji板ban上shang一yi般ban都dou放fang置zhi貼tie片pian器qi件jian,開kai關guan管guan,輸shu出chu整zheng流liu管guan通tong過guo基ji板ban把ba熱re量liang傳chuan導dao出chu去qu,熱re阻zu很hen低di,可ke取qu得de較jiao高gao可ke靠kao性xing。變bian壓ya器qi采cai用yong平ping麵mian貼tie片pian結jie構gou,也ye可ke通tong過guo基ji板ban散san熱re,其qi溫wen 升(sheng)比(bi)常(chang)規(gui)要(yao)低(di),同(tong)樣(yang)規(gui)格(ge)變(bian)壓(ya)器(qi)采(cai)用(yong)鋁(lv)基(ji)板(ban)結(jie)構(gou)可(ke)得(de)到(dao)較(jiao)大(da)的(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)。鋁(lv)基(ji)板(ban)跳(tiao)線(xian)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)搭(da)橋(qiao)的(de)方(fang)式(shi)處(chu)理(li)。鋁(lv)基(ji)板(ban)電(dian)源(yuan)一(yi)般(ban)由(you)由(you)兩(liang)塊(kuai)印(yin)製(zhi)板(ban)組(zu)成(cheng),另(ling)外(wai)一(yi)塊(kuai)板(ban)放(fang) 置控製電路,兩塊板之間通過物理連接合成一體。
由you於yu鋁lv基ji板ban優you良liang的de導dao熱re性xing,在zai小xiao量liang手shou工gong焊han接jie時shi比bi較jiao困kun難nan,焊han料liao冷leng卻que過guo快kuai,容rong易yi出chu現xian問wen題ti現xian有you一yi個ge簡jian單dan實shi用yong的de方fang法fa,將jiang一yi個ge燙tang衣yi服fu的de普pu通tong電dian熨yun鬥dou(最好有調溫功能), 翻過來,熨燙麵向上,固定好,溫度調到150℃左右,把鋁基板放在熨鬥上麵,加溫一段時間,然後按照常規方法將元件貼上並焊接,熨鬥溫度以器件易於焊接為 宜,太高有可能時器件損壞,甚至鋁基板銅皮剝離,溫度太低焊接效果不好,要靈活掌握。
三、印製板銅皮走線的一些事項
走線電流密度:現在多數電子線路采用絕緣板縛銅構成。常用線路板銅皮厚度為35μm,走線可按照1A/mm經驗值取電流密度值,具體計算可參見教科書。為 保證走線機械強度原則線寬應大於或等於0.3mm。銅皮厚度為70μm 線路板也常見於開關電源,那麼電流密度可更高些。
模塊電源行列也有部分產品采用多層板,主要便於集成變壓器電感等功率器件,優化接線、功率管散熱等。具有工藝美觀一致性好,變壓器散熱好的優點,但其缺點是成本較高,靈活性較差,僅適合於工業化大規模生產。
danmianban,shichangliutongtongyongkaiguandianyuanjihudoucaiyongledanmianxianluban,qijuyoudichengbendeyoushi,zaisheji,jishengchangongyishangcaiquyixiecuoshiyikequebaoqixingneng。
為保證良好的焊接機械結構性能,單麵板焊盤應稍微大一些,以確保銅皮和基板的良好縛著力,而不至於受到震動時銅皮剝離、斷脫。一般焊環寬度應大於 0.3mm。hanpankongzhijingyinglvedayuqijianyinjiaozhijing,danbuyiguoda,baozhengguanjiaoyuhanpanjianyouhanxilianjiejulizuiduan,pankongdaxiaoyibufangaizhengchangzhajianweidu,hanpankongzhijingyibandayuguanjiao 直徑0.1-0.2mm。多引腳器件為保證順利查件,也可更大一些。
單(dan)麵(mian)板(ban)上(shang)元(yuan)器(qi)件(jian)應(ying)緊(jin)貼(tie)線(xian)路(lu)板(ban)。需(xu)要(yao)架(jia)空(kong)散(san)熱(re)的(de)器(qi)件(jian),要(yao)在(zai)器(qi)件(jian)與(yu)線(xian)路(lu)板(ban)之(zhi)間(jian)的(de)管(guan)腳(jiao)上(shang)加(jia)套(tao)管(guan),可(ke)起(qi)到(dao)支(zhi)撐(cheng)器(qi)件(jian)和(he)增(zeng)加(jia)絕(jue)緣(yuan)的(de)雙(shuang)重(zhong)作(zuo)用(yong),要(yao)最(zui)大(da)限(xian)度(du)減(jian)少(shao)或(huo)避(bi)免(mian)外(wai)力(li) chongjiduihanpanyuguanjiaolianjiechuzaochengdeyingxiang,zengqianghanjiedelaoguxing。xianlubanshangzhongliangjiaodadebujiankezengjiazhichenglianjiedian,kejiaqiangyuxianlubanjianlianjieqiangdu,rubianyaqi,gonglvqijiansanreqi。
雙麵板焊盤由於孔已作金屬化處理強度較高,焊環可比單麵板小一些,焊盤孔孔徑可 比管腳直徑略微大一些,因為在焊接過程中有利於焊錫溶液通過焊孔滲透到頂層焊盤,以增加焊接可靠性。
四、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行解決,其方法有好多種。
1. 將走線設置成焊盤屬性,這樣在線路板製造時該走線不會被阻焊劑覆蓋,熱風整平時會被鍍上錫。
2. 在布線處放置焊盤,將該焊盤設置成需要走線的形狀,要注意把焊盤孔設置為零。
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塗阻焊劑
線路鍍錫的幾種方法如上。一般可采用細長條鍍錫寬度在1~1.5mm,長度可根據線路來確定,鍍錫部分間隔0.5~1mm 雙麵線路板為布局、走(zou)線(xian)提(ti)供(gong)了(le)很(hen)大(da)的(de)選(xuan)擇(ze)性(xing),可(ke)使(shi)布(bu)線(xian)更(geng)趨(qu)於(yu)合(he)理(li)。關(guan)於(yu)接(jie)地(di),功(gong)率(lv)地(di)與(yu)信(xin)號(hao)地(di)一(yi)定(ding)要(yao)分(fen)開(kai),兩(liang)個(ge)地(di)可(ke)在(zai)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)處(chu)彙(hui)合(he),以(yi)避(bi)免(mian)大(da)脈(mai)衝(chong)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo) 信號地連線而導致出現不穩定的意外因素,信號控製回路盡量采用一點接地法。
電壓反饋取樣,為避免大電流通過走線的影響,反饋電壓的取樣點一定要放在電源輸出最末梢,以提高整機負載效應指標。
走zou線xian從cong一yi個ge布bu線xian層ceng變bian到dao另ling外wai一yi個ge布bu線xian層ceng一yi般ban用yong過guo孔kong連lian通tong,不bu宜yi通tong過guo器qi件jian管guan腳jiao焊han盤pan實shi現xian,因yin為wei在zai插cha裝zhuang器qi件jian時shi有you可ke能neng破po壞huai這zhe種zhong連lian接jie關guan係xi,還hai有you在zai每mei1A電流通過時,至少應有2個過孔,過孔孔徑原則要大於0.5mm,一般0.8mm可確保加工可靠性。
五、鋁基板在開關電源中的應用和多層印製板在開關電源電路中的應用
鋁基板(金屬基散熱板(包含鋁基板,銅基板,鐵基板))是一種獨特的金屬基覆銅板,它具有良好的導熱性、電氣絕緣性能和機械加工性能。鋁基覆銅板是一種金屬線路板材料、由銅箔、導熱絕緣層及金屬基板組成,它的結構分三層:
Cireuitl.Layer線路層:相當於普通PCB的覆銅板,線路銅箔厚度loz至10oz。
DielcctricLayer絕緣層:絕緣層是一層低熱阻導熱絕緣材料。厚度為:0.003“至0.006”英寸是鋁基覆銅板的核心技術所在,已獲得UL認證。
BaseLayer基層是金屬基板,一般是鋁或可所選擇銅。鋁基覆銅板和傳統的環氧玻璃布層壓板等,目前市場上主流的是福斯萊特鋁基板。
電路層(即銅箔)tongchangjingguoshikexingchengyinshuadianlu,shizujiandegegebujianxianghulianjie,yibanqingkuangxia,dianlucengyaoqiujuyouhendadezailiunengli,congeryingshiyongjiaohoudetongbo,houduyiban35μm~280μm;導(dao)熱(re)絕(jue)緣(yuan)層(ceng)是(shi)鋁(lv)基(ji)板(ban)核(he)心(xin)技(ji)術(shu)之(zhi)所(suo)在(zai),它(ta)一(yi)般(ban)是(shi)由(you)特(te)種(zhong)陶(tao)瓷(ci)填(tian)充(chong)的(de)特(te)殊(shu)的(de)聚(ju)合(he)物(wu)構(gou)成(cheng),熱(re)阻(zu)小(xiao),粘(zhan)彈(dan)性(xing)能(neng)優(you)良(liang),具(ju)有(you)抗(kang)熱(re)老(lao)化(hua)的(de)能(neng)力(li),能(neng)夠(gou)承(cheng)受(shou)機(ji)械(xie)及(ji)熱(re)應(ying)力(li)。該(gai)公(gong)司(si)生(sheng)產(chan)的(de)高(gao)性(xing)能(neng)鋁(lv)基(ji)板(ban)的(de)導(dao)熱(re)絕(jue)緣(yuan)層(ceng)正(zheng)是(shi)使(shi)用(yong)了(le)此(ci)種(zhong)技(ji)術(shu),使(shi)其(qi)具(ju)有(you)極(ji)為(wei)優(you)良(liang)的(de)導(dao)熱(re)性(xing)能(neng)和(he)高(gao)強(qiang)度(du)的(de)電(dian)氣(qi)絕(jue)緣(yuan)性(xing)能(neng);金屬基層是鋁基板的支撐構件,要求具有高導熱性,一般是鋁板,也可使用銅板(其中銅板能夠提供更好的導熱性),適合於鑽孔、衝剪及切割等常規機械加工。
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鋁基板由其本身構造,具有以下特點:導熱性能非常優良、單麵縛銅、器件隻能放置在縛銅麵、不能開電器連線孔所以不能按照單麵板那樣放置跳線。
鋁lv基ji板ban上shang一yi般ban都dou放fang置zhi貼tie片pian器qi件jian,開kai關guan管guan,輸shu出chu整zheng流liu管guan通tong過guo基ji板ban把ba熱re量liang傳chuan導dao出chu去qu,熱re阻zu很hen低di,可ke取qu得de較jiao高gao可ke靠kao性xing。變bian壓ya器qi采cai用yong平ping麵mian貼tie片pian結jie構gou,也ye可ke通tong過guo基ji板ban散san熱re,其qi溫wen 升(sheng)比(bi)常(chang)規(gui)要(yao)低(di),同(tong)樣(yang)規(gui)格(ge)變(bian)壓(ya)器(qi)采(cai)用(yong)鋁(lv)基(ji)板(ban)結(jie)構(gou)可(ke)得(de)到(dao)較(jiao)大(da)的(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)。鋁(lv)基(ji)板(ban)跳(tiao)線(xian)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)搭(da)橋(qiao)的(de)方(fang)式(shi)處(chu)理(li)。鋁(lv)基(ji)板(ban)電(dian)源(yuan)一(yi)般(ban)由(you)由(you)兩(liang)塊(kuai)印(yin)製(zhi)板(ban)組(zu)成(cheng),另(ling)外(wai)一(yi)塊(kuai)板(ban)放(fang) 置控製電路,兩塊板之間通過物理連接合成一體。
由you於yu鋁lv基ji板ban優you良liang的de導dao熱re性xing,在zai小xiao量liang手shou工gong焊han接jie時shi比bi較jiao困kun難nan,焊han料liao冷leng卻que過guo快kuai,容rong易yi出chu現xian問wen題ti現xian有you一yi個ge簡jian單dan實shi用yong的de方fang法fa,將jiang一yi個ge燙tang衣yi服fu的de普pu通tong電dian熨yun鬥dou(最好有調溫功能), 翻過來,熨燙麵向上,固定好,溫度調到150℃左右,把鋁基板放在熨鬥上麵,加溫一段時間,然後按照常規方法將元件貼上並焊接,熨鬥溫度以器件易於焊接為 宜,太高有可能時器件損壞,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(zui)近(jin)幾(ji)年(nian),隨(sui)著(zhe)多(duo)層(ceng)線(xian)路(lu)板(ban)在(zai)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)電(dian)路(lu)中(zhong)應(ying)用(yong),使(shi)得(de)印(yin)製(zhi)線(xian)路(lu)變(bian)壓(ya)器(qi)成(cheng)為(wei)可(ke)能(neng),由(you)於(yu)多(duo)層(ceng)板(ban),層(ceng)間(jian)距(ju)較(jiao)小(xiao),也(ye)可(ke)以(yi)充(chong)分(fen)利(li)用(yong)變(bian)壓(ya)器(qi)窗(chuang)口(kou)截(jie)麵(mian),可(ke)在(zai)主(zhu)線(xian)路(lu)板(ban)上(shang)再(zai) 加jia一yi到dao兩liang片pian由you多duo層ceng板ban組zu成cheng的de印yin製zhi線xian圈quan達da到dao利li用yong窗chuang口kou,降jiang低di線xian路lu電dian流liu密mi度du的de目mu的de,由you於yu采cai用yong印yin製zhi線xian圈quan,減jian少shao了le人ren工gong幹gan預yu,變bian壓ya器qi一yi致zhi性xing好hao,平ping麵mian結jie構gou,漏lou感gan低di,偶ou合he hao。kaiqishicixin,lianghaodesanretiaojian。youyuqijuyouzhuduodeyoushi,youliyudapiliangshengchan,suoyidedaoguangfandeyingyong。danyanzhikaifachuqitourujiaoda,bushihexiaoguimosheng。
開kai關guan電dian源yuan分fen為wei,隔ge離li與yu非fei隔ge離li兩liang種zhong形xing式shi,在zai這zhe裏li主zhu要yao談tan一yi談tan隔ge離li式shi開kai關guan電dian源yuan的de拓tuo撲pu形xing式shi,在zai下xia文wen中zhong,非fei特te別bie說shuo明ming,均jun指zhi隔ge離li電dian源yuan。隔ge離li電dian源yuan按an照zhao結jie構gou形xing式shi不bu同tong,可ke分fen 為兩大類:正zheng激ji式shi和he反fan激ji式shi。反fan激ji式shi指zhi在zai變bian壓ya器qi原yuan邊bian導dao通tong時shi副fu邊bian截jie止zhi,變bian壓ya器qi儲chu能neng。原yuan邊bian截jie止zhi時shi,副fu邊bian導dao通tong,能neng量liang釋shi放fang到dao負fu載zai的de工gong作zuo狀zhuang態tai,一yi般ban常chang規gui反fan激ji式shi電dian源yuan單dan管guan 多(duo),雙(shuang)管(guan)的(de)不(bu)常(chang)見(jian)。正(zheng)激(ji)式(shi)指(zhi)在(zai)變(bian)壓(ya)器(qi)原(yuan)邊(bian)導(dao)通(tong)同(tong)時(shi)副(fu)邊(bian)感(gan)應(ying)出(chu)對(dui)應(ying)電(dian)壓(ya)輸(shu)出(chu)到(dao)負(fu)載(zai),能(neng)量(liang)通(tong)過(guo)變(bian)壓(ya)器(qi)直(zhi)接(jie)傳(chuan)遞(di)。按(an)規(gui)格(ge)又(you)可(ke)分(fen)為(wei)常(chang)規(gui)正(zheng)激(ji),包(bao)括(kuo)單(dan)管(guan)正(zheng)激(ji),雙(shuang)管(guan)正(zheng) 激。半橋、橋式電路都屬於正激電路。
zhengjihefanjidianlugeyouqitedian,zaishejidianludeguochengzhongweidadaozuiyouxingjiabi,keyilinghuoyunyong。yibanzaixiaogonglvchanghekexuanyongfanjishi。shaoweidayixiekecaiyongdanguanzhengjidianlu,zhongdenggong 率lv可ke采cai用yong雙shuang管guan正zheng激ji電dian路lu或huo半ban橋qiao電dian路lu,低di電dian壓ya時shi采cai用yong推tui挽wan電dian路lu,與yu半ban橋qiao工gong作zuo狀zhuang態tai相xiang同tong。大da功gong率lv輸shu出chu,一yi般ban采cai用yong橋qiao式shi電dian路lu,低di壓ya也ye可ke采cai用yong推tui挽wan電dian路lu。
反fan激ji式shi電dian源yuan因yin其qi結jie構gou簡jian單dan,省sheng掉diao了le一yi個ge和he變bian壓ya器qi體ti積ji大da小xiao差cha不bu多duo的de電dian感gan,而er在zai中zhong小xiao功gong率lv電dian源yuan中zhong得de到dao廣guang泛fan的de應ying用yong。在zai有you些xie介jie紹shao中zhong講jiang到dao反fan激ji式shi電dian源yuan功gong率lv隻zhi能neng做zuo到dao幾ji十shi瓦wa, 輸出功率超過100瓦就沒有優勢,實現起來有難度。本人認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,但沒見過實物。輸出功率大小與輸出電壓高低有關。
反激電源變壓器漏感是一個非常關鍵的參數,由於反激電源需要變壓器儲存能量,要 shibianyaqitiexindedaochongfenliyong,yibandouyaozaiciluzhongkaiqixi,qimudeshigaibiantiexincizhihuixiandexielv,shibianyaqinenggouchengshoudademaichongdianliuchongji,erbuzhiyutiexinjinrubaohefeixianxingzhuang 態,磁路中氣隙處於高磁阻狀態,在磁路中產生漏磁遠大於完全閉合磁路。
變bian壓ya器qi初chu次ci極ji間jian的de偶ou合he,也ye是shi確que定ding漏lou感gan的de關guan鍵jian因yin素su,要yao盡jin量liang使shi初chu次ci極ji線xian圈quan靠kao近jin,可ke采cai用yong三san明ming治zhi繞rao法fa,但dan這zhe樣yang會hui使shi變bian壓ya器qi分fen布bu電dian容rong增zeng大da。選xuan用yong鐵tie芯xin盡jin量liang用yong窗chuang口kou比bi較jiao長chang的de磁ci芯xin,可ke減jian小xiao漏lou感gan,如ru用yongEE、EF、EER、PQ型磁芯效果要比EI型的好。
關於反激電源的占空比,原則上軍用電源的最大占空比應該小於0.5,否則環路不容易補償,有可能不穩定,但有一些例外,如美國PI公司推出的 TOP係列芯片是可以工作在占空比大於0.5的條件下。 占空比由變壓器原副邊匝數比確定,本人對做反激的看法是,先確定反射電壓(輸出電壓通過變壓器耦合反映到原邊的電壓值),在一定電壓範圍內反射電壓提高則 工作占空比增大,開關管損耗降低。
接著談關於反激電源的占空比(本人關注反射電壓,與占空比一致),占空比還與選擇開關管的耐壓有關,有一些早期的反激電源使用比較低耐壓開關管,如 600V或650V作為交流220V 輸shu入ru電dian源yuan的de開kai關guan管guan,也ye許xu與yu當dang時shi生sheng產chan工gong藝yi有you關guan,高gao耐nai壓ya管guan子zi,不bu易yi製zhi造zao,或huo者zhe低di耐nai壓ya管guan子zi有you更geng合he理li的de導dao通tong損sun耗hao及ji開kai關guan特te性xing,像xiang這zhe種zhong線xian路lu反fan射she電dian壓ya不bu能neng太tai高gao,否fou則ze為wei使shi 開關管工作在安全範圍內,吸收電路損耗的功率也是相當可觀的。現在 由於MOS管製造工藝水平的提高,一般反激電源都采用700V或750V甚至 800-900V的開關管。這兩種類型各有優缺點:
第一類:缺點抗過壓能力弱,占空比小,變壓器初級脈衝電流大。優點:變壓器漏感小,電磁輻射低,紋波指標高,開關管損耗小,轉換效率不一定比第二類低。
第二類:缺點開關管損耗大一些,變壓器漏感大一些,紋波差一些。優點:抗過壓能力強一些,占空比大,變壓器損耗低一些,效率高一些。
六、反激電源反射電壓還有一個確定因素
軍(jun)用(yong)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)反(fan)射(she)電(dian)壓(ya)還(hai)與(yu)一(yi)個(ge)參(can)數(shu)有(you)關(guan),那(na)就(jiu)是(shi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya),輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)越(yue)低(di)則(ze)變(bian)壓(ya)器(qi)匝(za)數(shu)比(bi)越(yue)大(da),變(bian)壓(ya)器(qi)漏(lou)感(gan)越(yue)大(da),開(kai)關(guan)管(guan)承(cheng)受(shou)電(dian)壓(ya)越(yue)高(gao),有(you)可(ke)能(neng)擊(ji)穿(chuan)開(kai)關(guan)管(guan)、吸收電 路(lu)消(xiao)耗(hao)功(gong)率(lv)越(yue)大(da),有(you)可(ke)能(neng)使(shi)吸(xi)收(shou)回(hui)路(lu)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)永(yong)久(jiu)失(shi)效(xiao)。在(zai)設(she)計(ji)低(di)壓(ya)輸(shu)出(chu)小(xiao)功(gong)率(lv)反(fan)激(ji)電(dian)源(yuan)的(de)優(you)化(hua)過(guo)程(cheng)中(zhong)必(bi)須(xu)小(xiao)心(xin)處(chu)理(li),其(qi)處(chu)理(li)方(fang)法(fa)有(you)幾(ji)個(ge):
1、采cai用yong大da一yi個ge功gong率lv等deng級ji的de磁ci芯xin降jiang低di漏lou感gan,這zhe樣yang可ke提ti高gao低di壓ya反fan激ji電dian源yuan的de轉zhuan換huan效xiao率lv,降jiang低di損sun耗hao,減jian小xiao輸shu出chu紋wen波bo,提ti高gao多duo路lu輸shu出chu電dian源yuan的de交jiao差cha調tiao整zheng率lv,一yi般ban常chang見jian於yu家jia電dian用yong開kai關guan電dian源yuan,如ru光guang碟die機ji、DVB機頂盒等。
2、如果條件不允許加大磁芯,隻能降低反射電壓,減小占空比。降低反射電壓可減小漏感但 youkenengshidianyuanzhuanhuanxiaolvjiangdi,zheliangzheshiyigemaodun,bixuyaoyouyigetidaiguochengcainengzhaodaoyigeheshidedian,zaibianyaqitidaishiyanguochengzhong,keyijiancebianyaqiyuanbiandefanfengdianya,jinliang 降低反峰電壓脈衝的寬度,和幅度,可增加變換器的工作安全裕度。一般反射電壓在110V時比較合適。
3、增強耦合,降低損耗,采用新的技術,和繞線工藝,變壓器為滿足安全規範會在原邊和副 邊間采取絕緣措施,如墊絕緣膠帶、加絕緣端空膠帶。這些將影響變壓器漏感性能,現實生產中可采用初級繞組包繞次級的繞法。或者次級用三重絕緣線繞製,取消 初次級間的絕緣物,可以增強耦合,甚至可采用寬銅皮繞製。
反fan激ji電dian源yuan變bian壓ya器qi磁ci芯xin在zai工gong作zuo在zai單dan向xiang磁ci化hua狀zhuang態tai,所suo以yi磁ci路lu需xu要yao開kai氣qi隙xi,類lei似si於yu脈mai動dong直zhi流liu電dian感gan器qi。部bu分fen磁ci路lu通tong過guo空kong氣qi縫feng隙xi耦ou合he。為wei什shen麼me開kai氣qi隙xi的de原yuan理li本ben人ren理li解jie為wei:由於功 率鐵氧體也具有近似於矩形的工作特性曲線(磁滯回線),在工作特性曲線上Y軸表示磁感應強度(B),現在的生產工藝一般飽和點在400mT以上,一般此值 在設計中取值應該在200-300mT比較合適、X軸表示磁場強度(H)此值與磁化電流強度成比例關係。磁路開氣隙相當於把磁體磁滯回線向X 軸zhou向xiang傾qing斜xie,在zai同tong樣yang的de磁ci感gan應ying強qiang度du下xia,可ke承cheng受shou更geng大da的de磁ci化hua電dian流liu,則ze相xiang當dang於yu磁ci心xin儲chu存cun更geng多duo的de能neng量liang,此ci能neng量liang在zai開kai關guan管guan截jie止zhi時shi通tong過guo變bian壓ya器qi次ci級ji瀉xie放fang到dao負fu載zai電dian路lu,反fan激ji電dian源yuan磁ci芯xin 開氣隙有兩個作用。
反(fan)激(ji)電(dian)源(yuan)的(de)變(bian)壓(ya)器(qi)工(gong)作(zuo)在(zai)單(dan)向(xiang)磁(ci)化(hua)狀(zhuang)態(tai),不(bu)僅(jin)要(yao)通(tong)過(guo)磁(ci)耦(ou)合(he)傳(chuan)遞(di)能(neng)量(liang),還(hai)擔(dan)負(fu)電(dian)壓(ya)變(bian)換(huan)輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)隔(ge)離(li)的(de)多(duo)重(zhong)作(zuo)用(yong)。所(suo)以(yi)氣(qi)隙(xi)的(de)處(chu)理(li)需(xu)要(yao)非(fei)常(chang)小(xiao)心(xin),氣(qi)隙(xi)太(tai)大(da)可(ke)使(shi)漏(lou)感(gan) 變大,磁滯損耗增加,鐵損、銅損增大,影響電源的整機性能。氣隙太小有可能使變壓器磁芯飽和,導致電源損壞。
所(suo)謂(wei)反(fan)激(ji)電(dian)源(yuan)的(de)連(lian)續(xu)與(yu)斷(duan)續(xu)模(mo)式(shi)是(shi)指(zhi)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai),在(zai)滿(man)載(zai)狀(zhuang)態(tai)變(bian)壓(ya)器(qi)工(gong)作(zuo)於(yu)能(neng)量(liang)完(wan)全(quan)傳(chuan)遞(di),或(huo)不(bu)完(wan)全(quan)傳(chuan)遞(di)的(de)工(gong)作(zuo)模(mo)式(shi)。一(yi)般(ban)要(yao)根(gen)據(ju)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)進(jin)行(xing)設(she)計(ji),常(chang)規(gui)反(fan) 激電源應該工作在連續模式,這樣開關管、線(xian)路(lu)的(de)損(sun)耗(hao)都(dou)比(bi)較(jiao)小(xiao),而(er)且(qie)可(ke)以(yi)減(jian)輕(qing)輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)的(de)工(gong)作(zuo)應(ying)力(li),但(dan)是(shi)這(zhe)也(ye)有(you)一(yi)些(xie)例(li)外(wai)。由(you)於(yu)製(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi)特(te)點(dian),高(gao)反(fan)壓(ya)二(er)極(ji)管(guan),反(fan)向(xiang)恢(hui)複(fu)時(shi)間(jian)長(chang),速(su)度(du)低(di),在(zai)電(dian)流(liu)連(lian)續(xu)狀(zhuang)態(tai),二(er)極(ji)管(guan)是(shi)在(zai)有(you)正(zheng)向(xiang)偏(pian)壓(ya)時(shi)恢(hui)複(fu),反(fan)向(xiang)恢(hui)複(fu)時(shi)的(de)能(neng)量(liang)損(sun)耗(hao)非(fei)常(chang)大(da),不(bu)利(li)於(yu) bianhuanqixingnengdetigao,qingzejiangdizhuanhuanxiaolv,zhengliuguanyanzhongfare,zhongzeshenzhishaohuizhengliuguan。youyuzaiduanxumoshixia,erjiguanshizailingpianyaqingkuangxiafanxiangpianzhi,sunhaokeyijiangdaoyigebijiaodideshuiping。
fanjikaiguandianyuanbianyaqiyinggongzuozailianxumoshi,najiuyaoqiubijiaodaderaozudianganliang,dangranlianxuyeshiyouyidingchengdude,guofenzhuiqiujueduilianxushibuxianshide,youkenengxuyaohendadecixin,feichang 多duo的de線xian圈quan匝za數shu,同tong時shi伴ban隨sui著zhe大da的de漏lou感gan和he分fen布bu電dian容rong,可ke能neng得de不bu償chang失shi。那na麼me如ru何he確que定ding這zhe個ge參can數shu呢ne,通tong過guo多duo次ci實shi踐jian,及ji分fen析xi同tong行xing的de設she計ji,本ben人ren認ren為wei,在zai標biao稱cheng電dian壓ya輸shu入ru時shi,輸shu 出達到50%~60%變壓器從斷續,過渡到連續狀態比較合適。
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