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。
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wei兩liang大da類lei: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,zhongdenggonglvkecaiyongshuangguanzhengjidianluhuobanqiaodianlu,didianyashicaiyongtuiwandianlu,yubanqiaogongzuozhuangtaixiangtong。dagonglvshuchu,yibancaiyongqiaoshidianlu,diyayekecaiyongtuiwandianlu。
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 使(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)鐵(tie)芯(xin)得(de)到(dao)充(chong)分(fen)利(li)用(yong),一(yi)般(ban)都(dou)要(yao)在(zai)磁(ci)路(lu)中(zhong)開(kai)氣(qi)隙(xi),其(qi)目(mu)的(de)是(shi)改(gai)變(bian)鐵(tie)芯(xin)磁(ci)滯(zhi)回(hui)線(xian)的(de)斜(xie)率(lv),使(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)能(neng)夠(gou)承(cheng)受(shou)大(da)的(de)脈(mai)衝(chong)電(dian)流(liu)衝(chong)擊(ji),而(er)不(bu)至(zhi)於(yu)鐵(tie)芯(xin)進(jin)入(ru)飽(bao)和(he)非(fei)線(xian)形(xing)狀(zhuang) 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。
maichongdianyalianxianjinkenengduan,qizhongshurukaiguanguandaobianyaqilianxian,shuchubianyaqidaozhengliuguanlianjiexian。maichongdianliuhuanlujinkenengxiaorushurulvbodianrongzhengdaobianyaqidaokaiguanguanfanhuidianrongfu。shuchubufenbianyaqichuduandaozhengliuguandaoshuchudiangandaoshuchudianrongfanhuibianyaqidianluzhongX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(yong)DC-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tu1

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:上shang文wen提ti到dao的de線xian路lu板ban開kai槽cao的de方fang法fa適shi用yong於yu一yi些xie間jian距ju不bu夠gou的de場chang合he,順shun便bian提ti一yi下xia,該gai法fa也ye常chang用yong來lai作zuo為wei保bao護hu放fang電dian間jian隙xi,常chang見jian於yu電dian視shi機ji顯xian象xiang管guan尾wei板ban和he電dian源yuan交jiao流liu輸shu入ru處chu。該gai法fa在zai模mo塊kuai電dian源yuan中zhong得de到dao了le廣guang泛fan的de應ying用yong,在zai灌guan封feng的de條tiao件jian下xia可ke獲huo得de很hen好hao的de效xiao果guo。
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 有you一yi定ding抗kang潮chao濕shi的de能neng力li。聚ju四si氟fu乙yi烯xi定ding向xiang膜mo由you於yu具ju有you耐nai高gao溫wen的de特te性xing在zai模mo塊kuai電dian源yuan中zhong得de到dao廣guang泛fan的de應ying用yong。在zai元yuan件jian和he周zhou圍wei導dao體ti間jian也ye可ke墊dian絕jue緣yuan薄bo膜mo來lai提ti高gao絕jue緣yuan抗kang電dian性xing能neng。
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。
youyulvjibanyouliangdedaorexing,zaixiaoliangshougonghanjieshibijiaokunnan,hanliaolengqueguokuai,rongyichuxianwentixianyouyigejiandanshiyongdefangfa,jiangyigetangyifudeputongdianyundou(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。
單dan麵mian板ban,市shi場chang流liu通tong通tong用yong開kai關guan電dian源yuan幾ji乎hu都dou采cai用yong了le單dan麵mian線xian路lu板ban,其qi具ju有you低di成cheng本ben的de優you勢shi,在zai設she計ji,及ji生sheng產chan工gong藝yi上shang采cai取qu一yi些xie措cuo施shi亦yi可ke確que保bao其qi性xing能neng。
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 衝(chong)擊(ji)對(dui)焊(han)盤(pan)與(yu)管(guan)腳(jiao)連(lian)接(jie)處(chu)造(zao)成(cheng)的(de)影(ying)響(xiang),增(zeng)強(qiang)焊(han)接(jie)的(de)牢(lao)固(gu)性(xing)。線(xian)路(lu)板(ban)上(shang)重(zhong)量(liang)較(jiao)大(da)的(de)部(bu)件(jian)可(ke)增(zeng)加(jia)支(zhi)撐(cheng)連(lian)接(jie)點(dian),可(ke)加(jia)強(qiang)與(yu)線(xian)路(lu)板(ban)間(jian)連(lian)接(jie)強(qiang)度(du),如(ru)變(bian)壓(ya)器(qi),功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)散(san)熱(re)器(qi)。
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。
youyulvjibanyouliangdedaorexing,zaixiaoliangshougonghanjieshibijiaokunnan,hanliaolengqueguokuai,rongyichuxianwentixianyouyigejiandanshiyongdefangfa,jiangyigetangyifudeputongdianyundou(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 jiayidaoliangpianyouduocengbanzuchengdeyinzhixianquandadaoliyongchuangkou,jiangdixianludianliumidudemude,youyucaiyongyinzhixianquan,jianshaolerengongganyu,bianyaqiyizhixinghao,pingmianjiegou,lougandi,ouhe 好hao。開kai啟qi式shi磁ci芯xin,良liang好hao的de散san熱re條tiao件jian。由you於yu其qi具ju有you諸zhu多duo的de優you勢shi,有you利li於yu大da批pi量liang生sheng產chan,所suo以yi得de到dao廣guang泛fan的de應ying用yong。但dan研yan製zhi開kai發fa初chu期qi投tou入ru較jiao大da,不bu適shi合he小xiao規gui模mo生sheng。
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 duo,shuangguandebuchangjian。zhengjishizhizaibianyaqiyuanbiandaotongtongshifubianganyingchuduiyingdianyashuchudaofuzai,nengliangtongguobianyaqizhijiechuandi。anguigeyoukefenweichangguizhengji,baokuodanguanzhengji,shuangguanzheng 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 lvkecaiyongshuangguanzhengjidianluhuobanqiaodianlu,didianyashicaiyongtuiwandianlu,yubanqiaogongzuozhuangtaixiangtong。dagonglvshuchu,yibancaiyongqiaoshidianlu,diyayekecaiyongtuiwandianlu。
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 使(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)鐵(tie)芯(xin)得(de)到(dao)充(chong)分(fen)利(li)用(yong),一(yi)般(ban)都(dou)要(yao)在(zai)磁(ci)路(lu)中(zhong)開(kai)氣(qi)隙(xi),其(qi)目(mu)的(de)是(shi)改(gai)變(bian)鐵(tie)芯(xin)磁(ci)滯(zhi)回(hui)線(xian)的(de)斜(xie)率(lv),使(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)能(neng)夠(gou)承(cheng)受(shou)大(da)的(de)脈(mai)衝(chong)電(dian)流(liu)衝(chong)擊(ji),而(er)不(bu)至(zhi)於(yu)鐵(tie)芯(xin)進(jin)入(ru)飽(bao)和(he)非(fei)線(xian)形(xing)狀(zhuang) 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(yong)EE、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 shurudianyuandekaiguanguan,yexuyudangshishengchangongyiyouguan,gaonaiyaguanzi,buyizhizao,huozhedinaiyaguanziyougenghelidedaotongsunhaojikaiguantexing,xiangzhezhongxianlufanshedianyabunengtaigao,fouzeweishi 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 有(you)可(ke)能(neng)使(shi)電(dian)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)降(jiang)低(di),這(zhe)兩(liang)者(zhe)是(shi)一(yi)個(ge)矛(mao)盾(dun),必(bi)須(xu)要(yao)有(you)一(yi)個(ge)替(ti)代(dai)過(guo)程(cheng)才(cai)能(neng)找(zhao)到(dao)一(yi)個(ge)合(he)適(shi)的(de)點(dian),在(zai)變(bian)壓(ya)器(qi)替(ti)代(dai)實(shi)驗(yan)過(guo)程(cheng)中(zhong),可(ke)以(yi)檢(jian)測(ce)變(bian)壓(ya)器(qi)原(yuan)邊(bian)的(de)反(fan)峰(feng)電(dian)壓(ya),盡(jin)量(liang) 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 zhouxiangqingxie,zaitongyangdeciganyingqiangduxia,kechengshougengdadecihuadianliu,zexiangdangyucixinchucungengduodenengliang,cinengliangzaikaiguanguanjiezhishitongguobianyaqicijixiefangdaofuzaidianlu,fanjidianyuancixin 開氣隙有兩個作用。
fanjidianyuandebianyaqigongzuozaidanxiangcihuazhuangtai,bujinyaotongguociouhechuandinengliang,haidanfudianyabianhuanshurushuchugelideduozhongzuoyong。suoyiqixidechulixuyaofeichangxiaoxin,qixitaidakeshilougan 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、xianludesunhaodoubijiaoxiao,erqiekeyijianqingshurushuchudianrongdegongzuoyingli,danshizheyeyouyixieliwai。youyuzhizaogongyitedian,gaofanyaerjiguan,fanxianghuifushijianchang,sududi,zaidianliulianxuzhuangtai,erjiguanshizaiyouzhengxiangpianyashihuifu,fanxianghuifushidenengliangsunhaofeichangda,buliyu 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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