開關電源設計：關于變壓器圖紙、PCB、原理圖的應用

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(diào)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(diào)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(zhì)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(diào)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(diào)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(diào)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(zhì)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(diào)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(diào)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(diào)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(nèi)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(diào)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(nèi)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(nèi)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??！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(diào)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(diào)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(diào)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：