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开关電(diàn)源适配器的印制板设计

发布时间:2021.07.23 15:38 浏览次数:258
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开关電(diàn)源适配器的PCB印制板设计与一般電(diàn)子線(xiàn)路的印制板设计既有(yǒu)相似之处,也有(yǒu)不同的特点。一般電(diàn)子線(xiàn)路的印制板设计中提到的布線(xiàn)、布局及铜箔厚度、宽度与通过電(diàn)流的关系等原则,在开关電(diàn)源的印制板设计中也同样适用(yòng)。开关電(diàn)源中除了常用(yòng)标准封装的電(diàn)阻、電(diàn)容以及集成電(diàn)路以外,还包含着大量非标准封装的電(diàn)感、高频变压器、散热器、大容量高压電(diàn)解電(diàn)容、大功率二极管、三极管、各种滤波元件等等。这些元件的封装要在印制板设计之前,可(kě)以根据厂家提供的安装外形尺寸或者实物(wù)的实际测量确定。印制板设计时,要考虑到干扰对系统的影响,将電(diàn)路的模拟部分(fēn)和数字部分(fēn)的電(diàn)路严格分(fēn)开,对核心電(diàn)路重点防护,将系统地線(xiàn)环绕,并布線(xiàn)尽可(kě)能(néng)粗,電(diàn)源增加滤波電(diàn)路,采用(yòng)DC-DC隔离,信号采用(yòng)光電(diàn)隔离,设计隔离電(diàn)源,分(fēn)析容易产生干扰的部分(fēn)(如时钟電(diàn)路、通讯電(diàn)路等)和容易被干扰的部分(fēn)(如模拟采样電(diàn)路等),对这两种类型的電(diàn)路分(fēn)别采取措施。对于干扰元件采取抑制措施,对敏感元件采取隔离和保护措施,并且将它们在空间和電(diàn)气上拉开距离。在印制板设计时,还要注意元器件放置要遠(yuǎn)离印制板边沿,这对防护空气放電(diàn)是有(yǒu)利的。
开关電(diàn)源适配器的印制板设计中要特别注意如下问题:
1.元器件布局问题
2.地線(xiàn)布線(xiàn)问题
3.取样点选择问题
4.高压回路与低压回路隔离间距问题
开关電(diàn)源适配器中的元件布局,重点考虑主電(diàn)路关键器件。开关電(diàn)源中输入滤波高压電(diàn)容、高频变压器的一次绕组和开关功率管组成一个较大脉冲回路。高频变压器的二次绕组、续流或者整流二极管和输出滤波電(diàn)容组成另一个较大脉冲電(diàn)流回路。这两个回路要布局紧凑,铜箔走線(xiàn)短捷;这样可(kě)以减小(xiǎo)泄露電(diàn)感,从而降低吸收回路的损耗,提高電(diàn)源的效率。
开关電(diàn)源适配器的地線(xiàn)回路,不论是一次回路还是二次回路,都要有(yǒu)很(hěn)大的脉冲電(diàn)流通过。尽管地線(xiàn)通常设计得比较宽,但还会造成较大的電(diàn)压降落,从而影响控制電(diàn)路的性能(néng)。地線(xiàn)的布線(xiàn)要考虑電(diàn)流密度的分(fēn)布和電(diàn)流的流向,避免地線(xiàn)上的压降被引入控制回路,造成负载调整率下降。
开关電(diàn)源适配器中取样点选择尤為(wèi)重要,在取样回路中,既要考虑负载電(diàn)流产生的压降,也要考虑整流或者续流電(diàn)路产生的脉冲電(diàn)流对取样的影响。取样点应该尽量选择在输出端子的两端,以便得到最好的负载调整率。
走線(xiàn)间距:随着印制線(xiàn)路板制造工艺的不断完善和提高,一般加工厂制造出的最小(xiǎo)線(xiàn)间距达到0.1mm,完全能(néng)够满足大多(duō)数应用(yòng)场合。考虑到开关電(diàn)源所采用(yòng)的元器件及生产工艺,一般双面板最小(xiǎo)線(xiàn)间距设為(wèi)0.3mm,单面板最小(xiǎo)線(xiàn)间距设為(wèi)0.5mm,焊盘与焊盘、焊盘与过孔或过孔与过孔,最小(xiǎo)间距设為(wèi)0.5mm,可(kě)避免在过波峰焊接过程中出现“连锡”短路现象。这样大多(duō)数制板厂都能(néng)够很(hěn)轻松满足生产要求,并可(kě)以把成品率控制得非常高,亦可(kě)实现合理(lǐ)的布線(xiàn)密度及有(yǒu)一个较经济的成本。
最小(xiǎo)線(xiàn)间距只适合信号控制電(diàn)路和電(diàn)压低于63V的低压電(diàn)路,当線(xiàn)间電(diàn)压大于该值时一般可(kě)按照500V/1mm经验值取線(xiàn)间距。
方法一:線(xiàn)路板开槽的方法适用(yòng)于一些间距不够的场合,顺便提一下,该法也常用(yòng)来作為(wèi)保护放電(diàn)间隙,常见于开关電(diàn)源适配器高压回路与電(diàn)压回路隔离的地方。该法在模块電(diàn)源中得到了广泛的应用(yòng),在灌封的条件下可(kě)获得很(hěn)好的效果。
方法二:垫绝缘纸,可(kě)采用(yòng)青壳纸、聚脂膜、聚四氟乙烯定向膜等绝缘材料。一般通用(yòng)電(diàn)源用(yòng)青壳纸或聚脂膜垫在線(xiàn)路板于金属机壳间,这种材料有(yǒu)机械强度高,有(yǒu)一定抗潮湿的能(néng)力。聚四氟乙烯定向膜由于具有(yǒu)耐高温的特性在模块電(diàn)源中得到广泛的应用(yòng)。在元件和周围导體(tǐ)间也可(kě)垫绝缘薄膜来提高绝缘抗電(diàn)性能(néng)。
走線(xiàn)電(diàn)流密度:现在多(duō)数電(diàn)子線(xiàn)路采用(yòng)绝缘板缚铜构成。常用(yòng)線(xiàn)路板铜皮厚度為(wèi)35μm,走線(xiàn)可(kě)按照1A/mm经验值取電(diàn)流密度值,具體(tǐ)计算可(kě)参见教科(kē)书。為(wèi)保证走線(xiàn)机械强度原则線(xiàn)宽应大于或等于0.3mm。铜皮厚度為(wèi)70μm 線(xiàn)路板也常见于开关電(diàn)源,那么電(diàn)流密度可(kě)更高些。
模块電(diàn)源行列也有(yǒu)部分(fēn)产品采用(yòng)多(duō)层板,主要便于集成变压器電(diàn)感等功率器件,优化接線(xiàn)、功率管散热等。具有(yǒu)工艺美观一致性好,变压器散热好的优点,但其缺点是成本较高,灵活性较差,仅适合于工业化大规模生产。
单面板,市场流通通用(yòng)开关電(diàn)源适配器几乎都采用(yòng)了单面線(xiàn)路板,其具有(yǒu)低成本的优势,在设计,及生产工艺上采取一些措施亦可(kě)确保其性能(néng)。
為(wèi)保证良好的焊接机械结构性能(néng),单面板焊盘应稍微大一些,以确保铜皮和基板的良好缚着力,而不至于受到震动时铜皮剥离、断脱。一般焊环宽度应大于 0.3mm。焊盘孔直径应略大于器件引脚直径,但不宜过大,保证管脚与焊盘间由焊锡连接距离最短,盘孔大小(xiǎo)以不妨碍正常查件為(wèi)度,焊盘孔直径一般大于管脚 直径0.1-0.2mm。多(duō)引脚器件為(wèi)保证顺利查件,也可(kě)更大一些。单面板上元器件应紧贴線(xiàn)路板。需要架空散热的器件,要在器件与線(xiàn)路板之间的管脚上加套管,可(kě)起到支撑器件和增加绝缘的双重作用(yòng),要最大限度减少或避免外力 冲击对焊盘与管脚连接处造成的影响,增强焊接的牢固性。線(xiàn)路板上重量较大的部件可(kě)增加支撑连接点,可(kě)加强与線(xiàn)路板间连接强度,如变压器,功率器件散热器。
双面板焊盘由于孔已作金属化处理(lǐ)强度较高,焊环可(kě)比单面板小(xiǎo)一些,焊盘孔孔径可(kě) 比管脚直径略微大一些,因為(wèi)在焊接过程中有(yǒu)利于焊锡溶液通过焊孔渗透到顶层焊盘,以增加焊接可(kě)靠性。如宽度不够,一般可(kě)采用(yòng)在走線(xiàn)上镀锡增加厚度进行解决,其方法有(yǒu)好多(duō)种。
1.将走線(xiàn)设置成焊盘属性,这样在線(xiàn)路板制造时该走線(xiàn)不会被阻焊剂覆盖,热风整平时会被镀上锡。
2.在布線(xiàn)处放置焊盘,将该焊盘设置成需要走線(xiàn)的形状,要注意把焊盘孔设置為(wèi)零。
3.在阻焊层放置線(xiàn),此方法最灵活,但不是所有(yǒu)線(xiàn)路板生产商(shāng)都会明白你的意图,需用(yòng)文(wén)字说明。在阻焊层放置線(xiàn)的部位会不涂阻焊剂
線(xiàn)路镀锡的几种方法如上。一般可(kě)采用(yòng)细長(cháng)条镀锡宽度在1~1.5mm,長(cháng)度可(kě)根据線(xiàn)路来确定,镀锡部分(fēn)间隔0.5~1mm 双面線(xiàn)路板為(wèi)布局、走線(xiàn)提供了很(hěn)大的选择性,可(kě)使布線(xiàn)更趋于合理(lǐ)。关于接地,功率地与信号地一定要分(fēn)开,两个地可(kě)在滤波電(diàn)容处汇合,以避免大脉冲電(diàn)流通过 信号地连線(xiàn)而导致出现不稳定的意外因素,信号控制回路尽量采用(yòng)一点接地法。
電(diàn)压反馈取样,為(wèi)避免大電(diàn)流通过走線(xiàn)的影响,反馈電(diàn)压的取样点一定要放在電(diàn)源输出最末梢,以提高整机负载效应指标。
走線(xiàn)从一个布線(xiàn)层变到另外一个布線(xiàn)层一般用(yòng)过孔连通,不宜通过器件管脚焊盘实现,因為(wèi)在插装器件时有(yǒu)可(kě)能(néng)破坏这种连接关系,还有(yǒu)在每1A電(diàn)流通过时,至少应有(yǒu)2个过孔,过孔孔径原则要大于0.5mm,一般0.8mm可(kě)确保加工可(kě)靠性。
最近几年,随着多(duō)层線(xiàn)路板在开关電(diàn)源适配器電(diàn)路中应用(yòng),使得印制線(xiàn)路变压器成為(wèi)可(kě)能(néng),由于多(duō)层板,层间距较小(xiǎo),也可(kě)以充分(fēn)利用(yòng)变压器窗口截面,可(kě)在主線(xiàn)路板上再加一到两片由多(duō)层板组成的印制線(xiàn)圈达到利用(yòng)窗口,降低線(xiàn)路電(diàn)流密度的目的,由于采用(yòng)印制線(xiàn)圈,减少了人工干预,变压器一致性好,平面结构,漏感低,偶合好。开启式磁芯,良好的散热条件。由于其具有(yǒu)诸多(duō)的优势,有(yǒu)利于大批量生产,所以得到广泛的应用(yòng)。  

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