開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)步驟
布局：
脈沖電壓連線盡可能短，其中輸入開(kāi)關(guān)管到變壓器連線，輸出變壓器到整流管連接線。脈沖電流環(huán)路盡可能小如輸入濾波電容正到變壓器到開(kāi)關(guān)管返回電容負(fù)。輸出部分變壓器出端到整流管到輸出電感到輸出電容返回變壓器電路中X電容要盡量接近開(kāi)關(guān)電源輸入端，輸入線應(yīng)避免與其他電路平行，應(yīng)避開(kāi)。 Y電容應(yīng)放置在機(jī)殼接地端子或FG連接端。共摸電感應(yīng)與變壓器保持一定距離，以避免磁偶合。如不好處理可在共摸電感與變壓器間加一屏蔽，以上幾項(xiàng)對(duì)開(kāi)關(guān)電源的EMC性能影響較大。
輸出電容一般可采用兩只一只靠近整流管另一只應(yīng)靠近輸出端子，可影響電源輸出紋波指標(biāo)，兩只小容量電容并聯(lián)效果應(yīng)優(yōu)于用一只大容量電容。發(fā)熱器件要和電解電容保持一定距離，以延長(zhǎng)整機(jī)壽命，電解電容是開(kāi)關(guān)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(jìn)風(fēng)口。
控制部分要注意：高阻抗弱信號(hào)電路連線要盡量短如取樣反饋環(huán)路，在處理時(shí)要盡量避免其受干擾、電流取樣信號(hào)電路，特別是電流控制型電路，處理不好易出現(xiàn)一些想不到的意外，其中有一些技巧，現(xiàn)以3843電路舉例見(jiàn)圖(1)圖一效果要好于圖二，圖二在滿載時(shí)用示波器觀測(cè)電流波形上明顯疊加尖刺，由于干擾限流點(diǎn)比設(shè)計(jì)值偏低，圖一則沒(méi)有這種現(xiàn)象、還有開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路，開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電阻要靠近開(kāi)關(guān)管，可提高開(kāi)關(guān)管工作可靠性，這和功率 MOSFET高直流阻抗電壓驅(qū)動(dòng)特性有關(guān)。
方法/步驟
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印制板銅皮走線的一些事項(xiàng)：
走線電流密度：現(xiàn)在多數(shù)電子線路采用絕緣板縛銅構(gòu)成。常用線路板銅皮厚度為35μm，走線可按照1A/mm經(jīng)驗(yàn)值取電流密度值，具體計(jì)算可參見(jiàn)教科書。為保證走線機(jī)械強(qiáng)度原則線寬應(yīng)大于或等于0.3mm(其他非電源線路板可能最小線寬會(huì)小一些)。銅皮厚度為70μm 線路板也常見(jiàn)于開(kāi)關(guān)電源，那么電流密度可更高些。
補(bǔ)充一點(diǎn)，現(xiàn)常用線路板設(shè)計(jì)工具軟件一般都有設(shè)計(jì)規(guī)范項(xiàng)，如線寬、線間距，旱盤過(guò)孔尺寸等參數(shù)都可以進(jìn)行設(shè)定。在設(shè)計(jì)線路板時(shí)，設(shè)計(jì)軟件可自動(dòng)按照規(guī)范執(zhí)行，可節(jié)省許多時(shí)間，減少部分工作量，降低出錯(cuò)率。
一般對(duì)可靠性要求比較高的線路或布線線密度大可采用雙面板。其特點(diǎn)是成本適中，可靠性高，能滿足大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合。
模塊電源行列也有部分產(chǎn)品采用多層板，主要便于集成變壓器電感等功率器件，優(yōu)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(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是成本較高，靈活性較差，僅適合于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
單面板，市場(chǎng)流通通用開(kāi)關(guān)電源幾乎都采用了單面線路板，其具有低成本的優(yōu)勢(shì)，在設(shè)計(jì)，及生產(chǎn)工藝上采取一些措施亦可確保其性能。
今天談?wù)剢蚊嬗≈瓢逶O(shè)計(jì)的一些體會(huì)，由于單面板具有成本低廉，易于制造的特點(diǎn)，在開(kāi)關(guān)電源線路中得到廣泛應(yīng)用，由于其只有一面縛銅，器件的電器連接，機(jī)械固定都要依靠那層銅皮，在處理時(shí)必須小心。
為保證良好的焊接機(jī)械結(jié)構(gòu)性能，單面板焊盤應(yīng)稍微大一些，以確保銅皮和基板的良好縛著力，而不至于受到震動(dòng)時(shí)銅皮剝離、斷脫。一般焊環(huán)寬度應(yīng)大于 0.3mm。焊盤孔直徑應(yīng)略大于器件引腳直徑，但不宜過(guò)大，保證管腳與焊盤間由焊錫連接距離最短，盤孔大小以不妨礙正常查件為度，焊盤孔直徑一般大于管腳直徑0.1-0.2mm。多引腳器件為保證順利查件，也可更大一些。
電氣連線應(yīng)盡量寬，原則寬度應(yīng)大于焊盤直徑，特殊情況應(yīng)在連線于與焊盤交匯必須將線加寬(俗稱生成淚滴)，避免在某些條件線與焊盤斷裂。原則最小線寬應(yīng)大于0.5mm。
單面板上元器件應(yīng)緊貼線路板。需要架空散熱的器件，要在器件與線路板之間的管腳上加套管，可起到支撐器件和增加絕緣的雙重作用，要最大限度減少或避免外力沖擊對(duì)焊盤與管腳連接處造成的影響，增強(qiáng)焊接的牢固性。線路板上重量較大的部件可增加支撐連接點(diǎn)，可加強(qiáng)與線路板間連接強(qiáng)度，如變壓器，功率器件散熱器。
單面板焊接面引腳在不影響與外殼間距的前題條件下，可留得長(zhǎng)一些，其優(yōu)點(diǎn)是可增加焊接部位的強(qiáng)度，加大焊接面積、有虛焊現(xiàn)象可即時(shí)發(fā)現(xiàn)。引腳長(zhǎng)剪腿時(shí)，焊接部位受力較小。在臺(tái)灣、日本常采用把器件引腳在焊接面彎成與線路板成45度角，然后再焊接的工藝，的其道理同上。今天談一談雙面板設(shè)計(jì)中的一些事項(xiàng)，在一些要求比較高，或走線密度比較大的應(yīng)用環(huán)境中采用雙面印制板，其性能及各方面指標(biāo)要比單面板好很多。
雙面板焊盤由于孔已作金屬化處理強(qiáng)度較高，焊環(huán)可比單面板小一些，焊盤孔孔徑可比管腳直徑略微大一些，因?yàn)樵诤附舆^(guò)程中有利于焊錫溶液通過(guò)焊孔滲透到頂層焊盤，以增加焊接可靠性。但是有一個(gè)弊端，如果孔過(guò)大，波峰焊時(shí)在射流錫沖擊下部分器件可能上浮，產(chǎn)生一些缺陷。
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(jìn)行解決，其方法有好多種
1， 將走線設(shè)置成焊盤屬性，這樣在線路板制造時(shí)該走線不會(huì)被阻焊劑覆蓋，熱風(fēng)整平時(shí)會(huì)被鍍上錫。
2， 在布線處放置焊盤，將該焊盤設(shè)置成需要走線的形狀，要注意把焊盤孔設(shè)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(chǎn)商都會(huì)明白你的意圖，需用文字說(shuō)明。在阻焊層放置線的部位會(huì)不涂阻焊劑
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開(kāi)關(guān)電源分為，隔離與非隔離兩種形式，在這里主要談一談隔離式開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)湫问�，下面基本均指隔離電源。隔離電源按照結(jié)構(gòu)形式不同，可分為兩大類：正激式和反激式。反激式指在變壓器原邊導(dǎo)通時(shí)副邊截止，變壓器儲(chǔ)能。原邊截止時(shí)，副邊導(dǎo)通，能量釋放到負(fù)載的工作狀態(tài)，一般常規(guī)反激式電源單管多，雙管的不常見(jiàn)。正激式指在變壓器原邊導(dǎo)通同時(shí)副邊感應(yīng)出對(duì)應(yīng)電壓輸出到負(fù)載，能量通過(guò)變壓器直接傳遞。按規(guī)格又可分為常規(guī)正激，包括單管正激，雙管正激。半橋、橋式電路都屬于正激電路。
正激和反激電路各有其特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)電路的過(guò)程中為達(dá)到最優(yōu)性價(jià)比，可以靈活運(yùn)用。一般在小功率場(chǎng)合可選用反激式。稍微大一些可采用單管正激電路，中等功率可采用雙管正激電路或半橋電路，低電壓時(shí)采用推挽電路，與半橋工作狀態(tài)相同。大功率輸出，一般采用橋式電路，低壓也可采用推挽電路。
反激式電源因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省掉了一個(gè)和變壓器體積大小差不多的電感，而在中小功率電源中得到廣泛的應(yīng)用。在有些介紹中講到反激式電源功率只能做到幾十瓦，輸出功率超過(guò)100瓦就沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)有難度。本人認(rèn)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(méi)見(jiàn)過(guò)實(shí)物。輸出功率大小與輸出電壓高低有關(guān)。
反激電源變壓器漏感是一個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù)，由于反激電源需要變壓器儲(chǔ)存能量，要使變壓器鐵芯得到充分利用，一般都要在磁路中開(kāi)氣隙，其目的是改變鐵芯磁滯回線的斜率，使變壓器能夠承受大的脈沖電流沖擊，而不至于鐵芯進(jìn)入飽和非線形狀態(tài)，磁路中氣隙處于高磁阻狀態(tài)，在磁路中產(chǎn)生漏磁遠(yuǎn)大于完全閉合磁路。變壓器初次極間的偶合，也是確定漏感的關(guān)鍵因素，要盡量使初次極線圈靠近，可采用三明治繞法，但這樣會(huì)使變壓器分布電容增大。選用鐵芯盡量用窗口比較長(zhǎng)的磁芯，可減小漏感，如用EE、EF、EER、PQ型磁芯效果要比EI型的好。
關(guān)于反激電源的占空比，原則上反激電源的最大占空比應(yīng)該小于0.5，否則環(huán)路不容易補(bǔ)償，有可能不穩(wěn)定，但有一些例外，如美國(guó)PI公司推出的 TOP系列芯片是可以工作在占空比大于0.5的條件下。占空比由變壓器原副邊匝數(shù)比確定，本人對(duì)做反激的看法是，先確定反射電壓(輸出電壓通過(guò)變壓器耦合反映到原邊的電壓值)，在一定電壓范圍內(nèi)反射電壓提高則工作占空比增大，開(kāi)關(guān)管損耗降低。反射電壓降低則工作占空比減小，開(kāi)關(guān)管損耗增大。當(dāng)然這也是有前提條件，當(dāng)占空比增大，則意味著輸出二極管導(dǎo)通時(shí)間縮短，為保持輸出穩(wěn)定，更多的時(shí)候?qū)⒂奢敵鲭娙莘烹婋娏鱽?lái)保證，輸出電容將承受更大的高頻紋波電流沖刷，而使其發(fā)熱加劇，這在許多條件下是不允許的。
占空比增大，改變變壓器匝數(shù)比，會(huì)使變壓器漏感加大，使其整體性能變，當(dāng)漏感能量大到一定程度，可充分抵消掉開(kāi)關(guān)管大占空帶來(lái)的低損耗，時(shí)就沒(méi)有再增大占空比的意義了，甚至可能會(huì)因?yàn)槁└蟹捶逯惦妷哼^(guò)高而擊穿開(kāi)關(guān)管。由于漏感大，可能使輸出紋波，及其他一些電磁指標(biāo)變差。當(dāng)占空比小時(shí)，開(kāi)關(guān)管通過(guò)電流有效值高，變壓器初級(jí)電流有效值大，降低變換器效率，但可改善輸出電容的工作條件，降低發(fā)熱。如何確定變壓器反射電壓(即占空比)
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