開關電源設計必須注意的這64個細節
發布時間：2020-02-03 責任編輯：xueqi
【導讀】以下為大家詳細介紹開關電源設計中，需要特別注意的64個細節。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：安規認證要求
這是很多工程師在申請安規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，修正的辦法隻能重新改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
因為安規申請認證通常會有一個係列，比如說24W申請一個係列，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限流電阻多個並聯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設計要小於60Vac(Vpk)/42.4Vdc(Vrms)。
理由：安規要求
這個新手比較容易忽略，所以申請認證的產品一定要做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於2mm，臥式彎腳留1.5mm。
理由：品質提升
一般正規公司都有這個要求，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路。
理由：驗證產品穩定性
這個很重要，我之前經常碰到這個問題，產線老化後測試紋波會變高，現象是環路震蕩。
10.電路調試，二極管並聯時,應該測試一顆二極管故障開路時, 產生的異常(包括TO-220 裏的兩顆二極管)。
理由：品質提升
小公司一般都不會做這個動作的，一款優秀的產品是要經得起任何考驗的。
11.電路設計，如果PCB空間充裕，請設計成通殺所有安規標準。
理由：減少PCB修改次數。
如果你某一產品是符合UL60335標準，哪天客戶希望滿足UL1310，這時你又得改PCB Layout拿去安規報備了，如果你畫的板符合各類標準，後麵的工作會輕鬆很多。
12.電路設計，關於ESD請設計成接觸±8KV/空氣±15KV標準。
理由：減少後續整改次數。
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於IC的欠壓關斷電壓值。
判斷空載VCC電壓需大於芯片關斷電壓的5V左右，同時確認滿載時不能大於芯片過壓保護值
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，比尖峰脈衝的時間還短，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。
經驗值1nS的Delay約等於1K對100PF，也等於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鑽孔。
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倍餘量，避勉量產有損壞現象。
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，影響產品效率
另人煩腦的就是供應商做手腳，導致一整批試產的產品過不了六級能效，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，浸漆磁芯產生的噪音要小12dB
處理異音的方法之二
24.變壓器生產時真空浸漆，可以使其工作在較低的磁通密度，使用環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，高壓大電容並一顆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，需測試出產品的最大程序，直到產品損壞為止。
例如ESD 雷擊等，一定要打到產品損壞為止，並做好相關記錄，看產品餘量有多少，做到心中有數
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。
這個是經常犯的一個毛病，經常一股勁的把樣品送到第三方機構，後麵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，避免老化後啟動不良
PSR現在很多芯片都可以實現“零恢複”OCP電流，比如ME8327N，具有“零恢複”OCP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，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值需小於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餘量，參考如下表格：
BOM表上寫的螺絲規格一定要對，不然量產時會讓你難受
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：安規要求
經常被第三方機構退回樣品，整改
35.傳導整改，分段處理經驗，如下圖，這隻是處理的一種方法，有些情況並不是能直接套用
36.輻射整改，分段處理經驗，如下圖，適合一些新手工程師，提供一個參考的方向，有些情況並不是能直接套用，最主要的還是要搞清楚EMI產生的機理。
37.關於PCB碰到的問題，如圖，為什麼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
把它放到頂層絲印後，完美解決。
38.變bian壓ya器qi銅tong箔bo屏ping蔽bi主zhu要yao針zhen對dui傳chuan導dao，線xian屏ping蔽bi主zhu要yao針zhen對dui輻fu射she，當dang傳chuan導dao非fei常chang好hao的de時shi候hou，有you可ke能neng你ni的de輻fu射she會hui差cha，這zhe個ge時shi候hou把ba變bian壓ya器qi的de銅tong箔bo屏ping蔽bi改gai成cheng線xian屏ping蔽bi，盡jin量liang壓ya低di30M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。有的時候隻差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的產品，餘量都有4dB以上，量產很多次了，其中有一次量產抽檢EMI發現輻射超1dB左右，不良率有50%，經過層層排查、一個個元件對換。最終發現是VCC上的整流二極管引發的問題，更換之前的管子（留低樣品），餘量有4dB。對不良管子分析，發現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處情況並不樂觀；
130-200M主要原因在於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。
為了節約成本，公司並不讓我這樣做，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布局後130M-200M已經完全被衰減，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，後麵還是有點高，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）,後麵完全衰減，如圖一b-2；
圖一b-3（115Vac）
115Vac輸入測試，後麵150M又超了，發克！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
調整肖特基吸收後：
115Vac低壓，走勢圖非常漂亮
230Vac高壓，走勢圖非常漂亮
44.安規距離一覽表。
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打開後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 。。
使用多次後，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裏麵刪掉沒有的線，隻剩下板框，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，避免產生其它看不到的後果。
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隻腳都接地，輻射硬是整不過，後來把其中一隻腳懸空，輻射頻段變好。後麵分析原因是2隻腳接地會產生磁場回路。
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，否則發生的意外你都找不到原因。
切記，以前在這上麵吃了大虧
52.變壓器磁芯形狀選用小結
a..EE，EI，EF，EEL類，常用來製作中小功率的變壓器，成本低，工藝簡單
b..EFD，EPC類，常用來製作對高度有限製的產品，適合做中小功率類
c..EER，ERL，ETD類，常用來製作大中型功率的變壓器，特別適合用來製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
d..PQ，EQ，LP類，該磁芯的中間柱較一般的磁芯要大，產品漏感較小，適合做小體積大功率的變壓器，輸出組數不能過多
e..RM，POT類，常用來製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，一般常用於LED驅動，產品厚度要求薄，變壓器製做工藝複雜
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，依據公式500V對應0.85mm，DS電壓在700V以下是0.9mm，考慮到汙染和潮濕，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。
之前碰到過炸機現象，增加安全距離後解決了，因為磁珠容易沾上殘留物
55.發一個驗證VCC的土方法，把產品放低溫環境（冰箱）幾分鍾，測試VCC波形電壓有沒有觸發到芯片欠壓保護點。
小公司設備沒那麼全，有興趣的可以做個對比，看看VCC差異有多大
關於VCC圈數的設計需要考慮很多因素
56.在變壓器底部PCB加通風孔，有利於散熱，小板也一樣，要考慮風路。
在安規認證，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。
保證產品量產時的穩定性
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另一麵不要放芯片等敏感器件。
理由：開關管工作時容易幹擾到背部的芯片，造成係統不穩定，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：增加抗幹擾能力，提升係統穩定性
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，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幹擾會導致係統的不穩定等因素。
失敗案例：
造成的問題：轉燈時紅燈綠燈一起亮，並且紅燈綠交替閃爍。
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，燈閃問題已經解決，測試結果如下：
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轉綠燈 96mA以上轉紅燈
轉燈比例 94/1043=9%，轉燈比例可以控製在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。
來源：網絡整理
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