开关电源的系统设计深度解读
- 格式:docx
- 大小:79.49 KB
- 文档页数:8
开关电源工作原理超详细解析开关电源(Switching Power Supply)是一种先将输入交流电转换为直流电,再通过变换器和开关元件进行调制和控制,最终输出所需电压和电流的电源装置。
它可以高效地进行能量转换,减少功耗,适用于各种电子设备。
下面将详细解析开关电源的工作原理。
1.开关电源的基本组成开关电源由输入滤波器、整流器、脉宽调制器、变压器、输出滤波器和反馈电路组成。
-输入滤波器:用于滤除输入电源中的干扰信号,并平滑输送到整流器。
-整流器:将交流电转换为直流电,常用的整流方式有全波整流和半波整流。
-脉宽调制器:根据反馈信号调整开关管的导通时间,控制开关元件的开关频率和占空比。
-变压器:将输入电压转换为所需的输出电压,并通过与脉宽调制器协调工作来控制输出电压的稳定性。
-输出滤波器:用于平滑输出电压,减少纹波幅度,并滤波输出电流。
-反馈电路:通过采样输出电压并与目标电压进行比较,产生反馈信号控制脉宽调制器的输出。
2.工作原理-输入滤波:交流电经过输入滤波器后,去除干扰信号,并保持电压稳定。
输入滤波器通常由电容和电感组成,它们通过电压和电流的交替变化,将输入电源趋于稳定。
-变压:通过变压器将输入电压进行转换,以获得需要的输出电压。
变压器一般由磁性材料、绕线、磁心等组成,通过众多的绕线匝数比实现输入电压于输出电压的变化。
-输出滤波:经过变压器的输出信号包含较多的纹波幅度,通过输出滤波器将纹波幅度减小到可以忽略不计的程度。
输出滤波器通常包括电感和电容,通过滤除高频杂波和平滑输出电流。
3.脉宽调制脉宽调制器是开关电源中至关重要的一个部件,负责控制开关元件(如晶体管或MOSFET)的开关频率和占空比,以调节输出电压的稳定性。
- 控制开关频率:脉宽调制器根据输出电压的需求,采用不同的控制方式,例如固定频率PWM(Pulse-Width Modulation)、可变频率PWM和电流模式控制。
通过调整开关频率,可以实现对输出电压的精确控制。
反激式开关电源设计详解一、工作原理1.开关管控制:反激式开关电源中,开关管起到了关键的作用。
当输入电压施加在开关管上时,开关管处于导通状态,此时电流流经变压器和输出电路,能量存储在变压器核心中。
当输入电压施加在开关管上时,开关管处于截止状态,此时能量释放,通过一对二极管和电容器形成输出脉冲电流。
2.变压器作用:反激式开关电源中的变压器主要用于将输入电压转换为所需的输出电压。
在导通状态下,输入电压施加在变压器的一侧,能量存储在变压器的磁场中。
在截止状态下,变压器的磁场崩溃,能量释放到输出电路中。
3.输出电路过滤:输出电流通过一对二极管和电容器形成脉冲电流。
为了使输出电流更加稳定,需要通过电容器对输出电流进行滤波,降低脉冲幅度,使输出电压更加平稳。
二、基本结构1.输入滤波电路:由于输入电源通常含有较多的噪声和干扰,为了保障开关电源的正常工作,需要在输入端添加一个滤波电路,通过滤波电容和电感将输入电压的尖峰和噪声滤除。
2.开关控制电路:开关控制电路用于对开关管进行控制,使其在合适的时机打开和关闭。
常见的控制方式有定时控制和反馈控制两种。
3.开关管:开关管在反激式开关电源中起到了关键的作用。
常见的开关管有MOS管、IGBT管等,其特性包括导通损耗、截止损耗和开关速度等。
4.变压器:变压器用于将输入电压变换为所需的输出电压。
同时,变压器还能起到隔离输入电源和输出负载的作用,保护负载。
5.输出整流滤波电路:输出整流滤波电路用于对输出电流进行整流和滤波,使输出电压更加稳定。
三、常见设计方法1.脉冲宽度调制(PWM)控制:PWM是一种常用的反激式开关电源控制方法,通过控制开关管的导通时间来调节输出电压和电流。
PWM控制能够实现较高的效率和较低的输出波纹,但需要一定的控制电路。
2.变压器匹配设计:在设计反激式开关电源时,需要合理选择变压器的匝数比,以实现所需的输入输出电压转换。
同时,还需要考虑变压器的大小和功耗。
电路设计中的开关电源设计开关电源设计的基本原理和技术电路设计中的开关电源设计开关电源作为一种新型的高效节能电源,已经在很多领域得到了广泛应用。
在电路设计中,如何进行开关电源的设计是一个关键问题。
本文将介绍开关电源设计的基本原理和技术,以及一些常见问题的解决方案。
一、开关电源的基本原理开关电源的基本结构由四个部分组成:变压器、整流器、滤波器和开关管。
其中变压器是核心部件,用于提高或降低电压。
整流器将交流电转化为直流电,滤波器则用于平滑输出的脉冲电流,使之稳定可靠。
开关管则起到控制电流的作用,提高了电路效率和稳定性。
二、开关电源的设计技术1.开关管的选取由于开关电源需要频繁地开关,因此需要使用具有较高响应速度和较小反转电容的开关管。
一般常用的开关管有MOSFET和IGBT,MOSFET由于其响应速度较快,耗散功率较小,可使用在较小功率输出应用;而IGBT的耗散功率较大,适用于较大功率输出应用。
2.变压器的设计与制作变压器的设计需要考虑到供电负载的参数,输出电压大小和电流大小,进行匹配设计。
变压器的制作则需要根据设计图纸进行卷绕、绕组间的绝缘、并用绝缘漆包线进行整体绝缘,使其能承受相应的电压。
在变压器的制作过程中,需要注意其匝间电阻和绝缘强度,确保整个电路的稳定性和安全性。
3.滤波器的设计滤波器是开关电源的重要组成部分,其作用是将开关电源输出的脉冲电流平滑处理,避免出现波动,提高输出电压的稳定性。
滤波器的设计需要考虑到其不同的滤波方式,如LC滤波器、RC滤波器、LCL滤波器等,以适应不同的安装和使用环境。
三、开关电源常见问题的解决方案1.过压保护在开关电源工作过程中,如果输出电压超过额定值,就需要采取措施避免危险情况的发生。
可以采用过压保护芯片、可控恒流源、跨接二极管等方案。
2.过流保护开关电源在长期工作中可能会出现过流的情况,这时需要进行过流保护。
可以采用限流电阻、电流保护芯片、负载电流感知元件等方案解决。
开关电源的原理与设计一、引言开关电源是一种将交流电转换为直流电的电子设备,广泛应用于各种电子设备中。
本文将介绍开关电源的原理与设计。
二、开关电源的原理开关电源的基本原理是利用开关管(MOS管)的导通和截止来控制电源输出。
其主要由输入滤波电路、整流电路、变换电路、输出电路和控制电路等组成。
1. 输入滤波电路输入滤波电路的作用是将交流电转换为稳定的直流电。
它由电容和电感构成,通过对电流的整流和滤波作用,使得输出电压平稳。
2. 整流电路整流电路主要由二极管桥整流电路组成,将交流电转换为脉冲直流电。
二极管桥整流电路具有整流和滤波功能,可以将交流电转换为脉动较小的直流电。
3. 变换电路变换电路是开关电源的核心部分,主要由开关管、变压器和输出电感组成。
开关管的导通和截止控制了电源的输出电压,变压器用于提高或降低电压。
通过开关管的开关动作,可以实现高效率的电能转换。
4. 输出电路输出电路由输出电容和负载组成,用于稳定输出电压并提供给负载使用。
输出电容的作用是存储能量,平稳输出直流电压。
5. 控制电路控制电路主要由控制芯片和反馈电路组成,用于监测和控制输出电压。
控制芯片通过反馈电路不断调整开关管的导通和截止,以保持输出电压的稳定。
三、开关电源的设计开关电源的设计需要考虑输入电压、输出电压、输出功率、效率和稳定性等因素。
1. 输入电压根据应用场景的不同,可以选择不同的输入电压范围。
常见的输入电压有220V交流电和110V交流电。
2. 输出电压输出电压是开关电源设计的关键参数之一,需根据实际需求确定。
常见的输出电压有5V、12V、24V等。
3. 输出功率输出功率是开关电源能够提供的最大功率,需根据负载的功率需求确定。
需要注意的是,输出功率不能超过开关电源的额定功率。
4. 效率开关电源的效率是指输出功率与输入功率的比值,通常以百分比表示。
较高的效率意味着更少的能量损耗,可提高整个系统的能量利用率。
5. 稳定性开关电源的稳定性是指输出电压的稳定性,即在负载变化或输入电压波动时,输出电压的变化情况。
开关电源入门必读开关电源工作原理超详细解析开关电源是一种将直流电源转换为可变直流电压输出的电源装置。
它通过开关管的通断控制,以高频脉冲方式调节输出电压,能够实现高效、稳定、可靠的电源转换。
本文将详细解析开关电源的工作原理。
开关电源由以下几个基本组成部分组成:输入滤波电路、整流电路、能量存储元件、控制电路和输出电路。
输入滤波电路的作用是滤除输入电源中的高频噪声和干扰,确保输入电压稳定。
它一般由电容、电感和绕组构成。
输入电压经过滤波电路后,接入整流电路。
整流电路的作用是将交流电转换为脉冲直流电。
常用的整流电路有单相桥式整流电路和三相桥式整流电路。
整流电路通过整流管将输入的交流电转换为直流电,并通过电容滤波电路将脉冲形式的直流电转换为平滑的直流电压。
能量存储元件一般是电感和电容。
电感能存储电能,电容能存储电荷。
在开关电源中,电感和电容组成的电容滤波电路起到储存能量的作用。
它们能够在负载电流突然增加时,释放存储的能量,从而保持输出电压的稳定性。
控制电路是开关电源的核心部分,其中包括开关管的控制电路和反馈电路。
开关管的控制电路负责控制开关管的通断,从而改变输出电压的大小。
反馈电路用于检测输出电压的实际值与设定值之间的差异,并向控制电路提供反馈信号,用于调整开关管的通断状态。
开关电源的输出电压由开关管通断的频率和占空比决定。
开关管的通断由控制电路控制,控制信号通常由脉冲宽度调制(PWM)产生。
PWM信号通过改变脉冲的宽度和间隔,调整开关管的通断时间,从而改变输出电压的大小。
开关电源的优点是高效率、稳定性好和体积小。
相比传统的线性电源,开关电源的转换效率更高,可以达到90%以上。
此外,开关电源的输出电压稳定性好,能够在负载变化较大的情况下保持输出电压的稳定。
由于使用高频脉冲调节输出电压,在相同输出功率的情况下,开关电源体积更小。
总之,开关电源是一种高效、稳定、可靠的电源装置。
它通过开关管的通断控制,以高频脉冲方式调节输出电压,实现电源转换。
最详细的开关电源反馈回路设计开关电源反馈回路设计是个挺有意思的话题。
听起来高深,其实很多细节值得我们好好琢磨。
今天我们就从几个方面聊聊,深入浅出,轻松搞定这些概念。
一、反馈回路的基本概念1.1 什么是反馈回路首先,反馈回路就是把输出信号的一部分送回输入。
这么做的目的是调节输出,使其稳定。
想象一下,开关电源就像一个小孩,时不时需要父母的指导。
没有这些反馈,小孩可能就会偏离轨道,输出的电压也可能出现大起大落。
1.2 反馈类型反馈可以分为两种:正反馈和负反馈。
正反馈就像是推波助澜,鼓励小孩继续做某件事情。
而负反馈则是提醒小孩停下来,纠正错误。
大部分情况下,我们更喜欢负反馈,因为它能帮助系统保持稳定。
通过负反馈,输出电压的波动会被抑制,电源的性能也会更可靠。
二、开关电源的基本结构2.1 开关管的作用开关电源的核心是开关管。
它负责控制电流的开关,调节输出电压。
可以把它想象成一个开关,时而打开,时而关闭。
这个过程中,它的工作频率决定了电源的效率。
频率高了,能量损失就小,输出稳定;频率低了,损失就增加,系统也会变得不稳定。
2.2 变压器的功能变压器在这里也占据重要位置。
它的作用是将输入的高压电压转换为适合的低压电压。
变压器就像是一个聪明的调酒师,能将各种成分混合,调配出最合适的“鸡尾酒”。
这里的鸡尾酒就是我们所需的电压。
2.3 整流与滤波整流和滤波是最后一步,确保我们得到的是平滑的直流电。
整流就像是把粗糙的石头打磨成光滑的宝石。
滤波则是去除电流中的杂音,确保输出的电流干净。
这个过程至关重要,稍有不慎,电源的稳定性就会受到影响。
三、反馈回路设计的要点3.1 控制环路设计设计反馈回路时,控制环路的选择非常关键。
控制环路决定了系统的响应速度和稳定性。
要确保环路的增益合适。
增益太高,系统可能会出现震荡;增益太低,系统反应迟缓。
这里的平衡就像走钢丝,得小心翼翼。
3.2 选择合适的传感器在设计反馈回路时,传感器的选择也不能忽视。
开关电源工作原理与设计1. 概述开关电源是一种将电能从一种形式转换成另一种形式的电源装置。
它通过开关器件(如晶体管、MOSFET等)来精确控制电路的通断,从而实现对电能的高效调节和转换。
本文将详细介绍开关电源的工作原理和设计。
2. 开关电源工作原理2.1 输入电路开关电源的输入电路通常包括输入滤波电路、整流电路和功率因数校正电路。
-输入滤波电路用于去除输入电源中的高频噪声和杂散信号。
- 整流电路将交流输入转换为直流信号,常见的整流方式有单相整流桥和三相整流桥。
- 功率因数校正电路主要用于改善电源对电网的功率因数,提高电能的利用率。
2.2 PFC控制电路功率因数校正(PFC)是开关电源中的一个重要环节,通过控制输入电流和输入电压之间的相位关系,提高整体效率和功率因数。
常见的PFC控制技术有边界模式控制和谐振模式控制。
2.3 DC-DC变换器DC-DC变换器是开关电源的核心部分,它将输入的直流电压转换为需要的输出电压。
常见的DC-DC变换器包括降压、升压、降压升压和反激式变换器。
2.4 控制电路开关电源中的控制电路主要负责检测输出电压和输出电流,并通过反馈回路对开关器件的导通和断开进行精确控制。
常见的控制技术有电压模式控制和电流模式控制。
3. 开关电源的设计要点3.1 选型与设计在开关电源的设计过程中,需要根据实际需求选择合适的开关器件、电容和电感等元件,并进行适当的参数计算和仿真分析,以保证整体性能和稳定性。
3.2 效率和功率因数开关电源的效率和功率因数是评估其性能的重要指标。
通过合理的拓扑结构设计、优化控制算法和合适的滤波电路,可以提高开关电源的效率和功率因数。
3.3 温度管理由于开关电源中包含许多功率器件,温度管理是开关电源设计中需要重点考虑的问题。
合理的散热设计和温度保护措施可以提高开关电源的可靠性和寿命。
3.4 EMI/EMC设计开关电源可能会产生电磁干扰和接收外部干扰,因此应进行合适的EMI/EMC设计,包括滤波、屏蔽和接地等,以满足相关标准和要求。
开关电源工作原理与设计开关电源是一种电源转换器,将电源输入的交流电转换成需要的直流电,其工作原理是将输入的交流电先经过整流后变成高压直流电,再通过高频开关管进行开关操作,最后通过输出变压器降压输出直流电。
开关电源具有高效、体积小、重量轻、稳定性好等优点,在现代电子设备中得到广泛应用。
开关电源的设计需要考虑多个因素,以下从几个方面进行阐述:1. 整流电路设计整流电路是将输入的交流电转换成直流电的过程,一般采用桥式整流电路,在设计时需要考虑电容和电阻的选取以及大电流和高功率元器件的选择。
整流电路的设计对开关电源的效率和输出稳定性都有重要影响。
2. 高频开关电路设计高频开关电路是开关电源的关键组成部分,其工作原理是通过高频开关管进行开关操作来控制输出变压器的输入电压,从而输出所需的直流电。
在设计时需要考虑开关管的耐压和开关频率等因素,同时还需要考虑开关管的损耗问题来保证开关电源的效率和稳定性。
3. 输出变压器设计输出变压器是开关电源的输出部分,其设计需要考虑输出电压、输出电流和稳定性等因素,同时还需要选用合适的核心材料和绕线方式来减小损耗和电磁干扰,以保证开关电源的效率和稳定性。
4. 控制电路设计控制电路是开关电源的控制系统,其设计需要考虑开关电源的输出电压、电流等参数的控制,以及过流、过压等保护功能的实现。
在设计时需要考虑控制精度、响应时间等因素,以保证开关电源的安全性和稳定性。
总之,开关电源的设计需要综合考虑整个系统的各个部分,从而实现高效、稳定、安全的输出直流电。
随着电子技术的不断发展,开关电源将继续发挥更加重要的作用,为各类电子产品的稳定运行提供坚实的保障。
开关电源工作原理超详细解析开关电源是一种常见的电源供应器件,它通过将输入电源的直流电转换为高频脉冲电流,再经过整流、滤波和稳压等环节,输出稳定的直流电。
本文将详细解析开关电源的工作原理,包括开关电源的基本组成部分、工作原理的流程、常见的开关电源拓扑结构以及其优点和应用。
一、开关电源的基本组成部分开关电源通常由以下几个基本组成部分构成:1. 输入电路:用于接收外部交流电源,并将其转换为适合开关电源工作的直流电压。
2. 整流电路:将输入电压转换为脉冲电流,通常采用整流桥或者整流电路来实现。
3. 滤波电路:用于平滑整流后的脉冲电流,以减小输出电压的波动。
4. 开关器件:通常采用晶体管或者功率MOSFET等开关器件,用于控制电流的开关状态。
5. 控制电路:用于控制开关器件的开关频率和占空比,以控制输出电压的稳定性。
6. 输出电路:将经过整流、滤波和稳压处理后的直流电压输出给负载。
二、开关电源的工作原理流程开关电源的工作原理可以分为以下几个流程:1. 输入电路接收交流电源:开关电源的输入电路通常采用变压器来降低输入电压,然后通过整流电路将交流电转换为直流电。
2. 整流电路将交流电转换为脉冲电流:整流电路通常采用整流桥或者整流电路来将交流电转换为脉冲电流,这样可以减小能量损耗。
3. 滤波电路平滑脉冲电流:滤波电路通常采用电容器和电感器来平滑脉冲电流,以减小输出电压的波动。
4. 控制电路控制开关器件的开关频率和占空比:控制电路通过对开关器件的控制,可以控制开关频率和占空比,从而控制输出电压的稳定性。
5. 输出电路将处理后的直流电压输出给负载:经过整流、滤波和稳压处理后的直流电压将被输出给负载,供其正常工作。
三、常见的开关电源拓扑结构开关电源有多种拓扑结构,常见的有以下几种:1. 单端开关电源:输入电源和输出电源共用一个地线,适用于低功率应用。
2. 双端开关电源:输入电源和输出电源分别有独立的地线,适用于高功率应用。
开关电源工作原理如何理解及其电路图详细解析开关模式电源(Switch Mode Power Supply,简称SMPS),又称交换式电源、开关变换器,是一种高频化电能转换装置,是电源供应器的一种。
其功能是将一个位准的电压,透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。
开关电源的输入多半是交流电源(例如市电)或是直流电源,而输出多半是需要直流电源的设备,例如个人电脑,而开关电源就进行两者之间电压及电流的转换。
开关模式电源(Switch Mode Power Supply,简称SMPS),又称交换式电源、开关变换器,是一种高频化电能转换装置,是电源供应器的一种。
其功能是将一个位准的电压,透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。
开关电源的输入多半是交流电源(例如市电)或是直流电源,而输出多半是需要直流电源的设备,例如个人电脑,而开关电源就进行两者之间电压及电流的转换。
开关电源不同于线性电源,开关电源利用的切换晶体管多半是在全开模式(饱和区)及全闭模式(截止区)之间切换,这两个模式都有低耗散的特点,切换之间的转换会有较高的耗散,但时间很短,因此比较节省能源,产生废热较少。
理想上,开关电源本身是不会消耗电能的。
电压稳压是透过调整晶体管导通及断路的时间来达到。
相反的,线性电源在产生输出电压的过程中,晶体管工作在放大区,本身也会消耗电能。
开关电源的高转换效率是其一大优点,而且因为开关电源工作频率高,可以使用小尺寸、轻重量的变压器,因此开关电源也会比线性电源的尺寸要小,重量也会比较轻。
若电源的高效率、体积及重量是考虑重点时,开关电源比线性电源要好。
不过开关电源比较复杂,内部晶体管会频繁切换,若切换电流尚加以处理,可能会产生噪声及电磁干扰影响其他设备,而且若开关电源没有特别设计,其电源功率因数可能不高。
主要用途开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器,电子冰箱,液晶显示器,LED灯具,通讯设备,视听产品,安防监控,LED灯带,电脑机箱,数码产品和仪器类等领域。
开关电源的系统设计深度解读开关电源的系统设计深度解读时间:2013-03-05 214次阅读【网友评论0条我要评论】收藏首先从开关电源的设计及生产工艺开始描述吧,先说说印制板的设计。
开关电源工作在高频率,高脉冲状态,属于模拟电路中的一个比较特殊种类。
布板时须遵循高频电路布线原则。
1、布局:脉冲电压连线尽可能短,其中输入开关管到变压器连线,输出变压器到整流管连接线。
脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。
输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变压器电路中X电容要尽量接近开关电源输入端,输入线应避免与其他电路平行,应避开。
Y电容应放置在机壳接地端子或FG连接端。
共摸电感应与变压器保持一定距离,以避免磁偶合。
如不好处理可在共摸电感与变压器间加一屏蔽,以上几项对开关电源的EMC性能影响较大。
输出电容一般可采用两只一只靠近整流管另一只应靠近输出端子,可影响电源输出纹波指标,两只小容量电容并联效果应优于用一只大容量电容。
发热器件要和电解电容保持一定距离,以延长整机寿命,电解电容是开关电源寿命的瓶劲,如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离,电解之间也须留出散热空间,条件允许可将其放置在进风口。
控制部分要注意:高阻抗弱信号电路连线要尽量短如取样反馈环路,在处理时要尽量避免其受干扰、电流取样信号电路,特别是电流控制型电路,处理不好易出现一些想不到的意外,其中有一些技巧,现以3843电路举例见图(1)图一效果要好于图二,图二在满载时用示波器观测电流波形上明显叠加尖刺,由于干扰限流点比设计值偏低,图一则没有这种现象、还有开关管驱动信号电路,开关管驱动电阻要靠近开关管,可提高开关管工作可靠性,这和功率MOSFET高直流阻抗电压驱动特性有关。
3843电路例图下面谈一谈印制板布线的一些原则。
线间距:随着印制线路板制造工艺的不断完善和提高,一般加工厂制造出线间距等于甚至小于0.1mm已经不存在什么问题,完全能够满足大多数应用场合。
考虑到开关电源所采用的元器件及生产工艺,一般双面板最小线间距设为0.3mm,单面板最小线间距设为0.5mm,焊盘与焊盘、焊盘与过孔或过孔与过孔,最小间距设为0.5mm,可避免在焊接操作过程中出现“桥接”现象。
,这样大多数制板厂都能够很轻松满足生产要求,并可以把成品率控制得非常高,亦可实现合理的布线密度及有一个较经济的成本。
最小线间距只适合信号控制电路和电压低于63V的低压电路,当线间电压大于该值时一般可按照500V/1mm经验值取线间距。
鉴于有一些相关标准对线间距有较明确的规定,则要严格按照标准执行,如交流入口端至熔断器端连线。
某些电源对体积要求很高,如模块电源。
一般变压器输入侧线间距为1mm实践证明是可行的。
对交流输入,(隔离)直流输出的电源产品,比较严格的规定为安全间距要大于等于6mm,当然这由相关的标准及执行方法确定。
一般安全间距可由反馈光耦两侧距离作为参考,原则大于等于这个距离。
也可在光耦下面印制板上开槽,使爬电距离加大以满足绝缘要求。
一般开关电源交流输入侧走线或板上元件距非绝缘的外壳、散热器间距要大于5mm,输出侧走线或器件距外壳或散热器间距要大于2mm,或严格按照安全规范执行。
常用方法:上文提到的线路板开槽的方法适用于一些间距不够的场合,顺便提一下,该法也常用来作为保护放电间隙,常见于电视机显象管尾板和电源交流输入处。
该法在模块电源中得到了广泛的应用,在灌封的条件下可获得很好的效果。
方法二:垫绝缘纸,可采用青壳纸、聚脂膜、聚四氟乙烯定向膜等绝缘材料。
一般通用电源用青壳纸或聚脂膜垫在线路板于金属机壳间,这种材料有机械强度高,有有一定抗潮湿的能力。
聚四氟乙烯定向膜由于具有耐高温的特性在模块电源中得到广泛的应用。
在元件和周围导体间也可垫绝缘薄膜来提高绝缘抗电性能。
注意:某些器件绝缘被覆套不能用来作为绝缘介质而减小安全间距,如电解电容的外皮,在高温条件下,该外皮有可能受热收缩。
大电解防爆槽前端要留出空间,以确保电解电容在非常情况时能无阻碍地泻压。
下面谈一谈印制板铜皮走线的一些事项:走线电流密度:现在多数电子线路采用绝缘板缚铜构成。
常用线路板铜皮厚度为35μm,走线可按照1A/mm经验值取电流密度值,具体计算可参见教科书。
为保证走线机械强度原则线宽应大于或等于0.3mm(其他非电源线路板可能最小线宽会小一些)。
铜皮厚度为70μm 线路板也常见于开关电源,那么电流密度可更高些。
补充一点,现常用线路板设计工具软件一般都有设计规范项,如线宽、线间距,旱盘过孔尺寸等参数都可以进行设定。
在设计线路板时,设计软件可自动按照规范执行,可节省许多时间,减少部分工作量,降低出错率。
一般对可靠性要求比较高的线路或布线线密度大可采用双面板。
其特点是成本适中,可靠性高,能满足大多数应用场合。
模块电源行列也有部分产品采用多层板,主要便于集成变压器电感等功率器件,优化接线、功率管散热等。
具有工艺美观一致性好,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,市场流通通用开关电源几乎都采用了单面线路板,其具有低成本的优势,在设计,及生产工艺上采取一些措施亦可确保其性能。
今天谈谈单面印制板设计的一些体会,由于单面板具有成本低廉,易于制造的特点,在开关电源线路中得到广泛应用,由于其只有一面缚铜,器件的电器连接,机械固定都要依靠那层铜皮,在处理时必须小心。
为保证良好的焊接机械结构性能,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,盘孔大小以不妨碍正常查件为度,焊盘孔直径一般大于管脚直径0.1-0.2mm。
多引脚器件为保证顺利查件,也可更大一些。
电气连线应尽量宽,原则宽度应大于焊盘直径,特殊情况应在连线于与焊盘交汇必须将线加宽(俗称生成泪滴),避免在某些条件线与焊盘断裂。
原则最小线宽应大于0.5mm。
单面板上元器件应紧贴线路板。
需要架空散热的器件,要在器件与线路板之间的管脚上加套管,可起到支撑器件和增加绝缘的双重作用,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。
线路板上重量较大的部件可增加支撑连接点,可加强与线路板间连接强度,如变压器,功率器件散热器。
单面板焊接面引脚在不影响与外壳间距的前题条件下,可留得长一些,其优点是可增加焊接部位的强度,加大焊接面积、有虚焊现象可即时发现。
引脚长剪腿时,焊接部位受力较小。
在台湾、日本常采用把器件引脚在焊接面弯成与线路板成45度角,然后再焊接的工艺,的其道理同上。
今天谈一谈双面板设计中的一些事项,在一些要求比较高,或走线密度比较大的应用环境中采用双面印制板,其性能及各方面指标要比单面板好很多。
双面板焊盘由于孔已作金属化处理强度较高,焊环可比单面板小一些,焊盘孔孔径可比管脚直径略微大一些,因为在焊接过程中有利于焊锡溶液通过焊孔渗透到顶层焊盘,以增加焊接可靠性。
但是有一个弊端,如果孔过大,波峰焊时在射流锡冲击下部分器件可能上浮,产生一些缺陷。
大电流走线的处理,线宽可按照前帖处理,如宽度不够,一般可采用在走线上镀锡增加厚度进行解决,其方法有好多种1,将走线设置成焊盘属性,这样在线路板制造时该走线不会被阻焊剂覆盖,热风整平时会被镀上锡。
2,在布线处放置焊盘,将该焊盘设置成需要走线的形状,要注意把焊盘孔设置为零。
3,在阻焊层放置线,此方法最灵活,但不是所有线路板生产商都会明白你的意图,需用文字说明。
在阻焊层放置线的部位会不涂阻焊剂线路镀锡的几种方法如上,要注意的是,如果很宽的的走线全部镀上锡,在焊接以后,会粘接大量焊锡,并且分布很不均匀,影响美观。
一般可采用细长条镀锡宽度在1~1.5mm,长度可根据线路来确定,镀锡部分间隔0.5~1mm 双面线路板为布局、走线提供了很大的选择性,可使布线更趋于合理。
关于接地,功率地与信号地一定要分开,两个地可在滤波电容处汇合,以避免大脉冲电流通过信号地连线而导致出现不稳定的意外因素,信号控制回路尽量采用一点接地法,有一个技巧,尽量把非接地的走线放置在同一布线层,最后在另外一层铺地线。
输出线一般先经过滤波电容处,再到负载,输入线也必须先通过电容,再到变压器,理论依据是让纹波电流都通过旅滤波电容。
电压反馈取样,为避免大电流通过走线的影响,反馈电压的取样点一定要放在电源输出最末梢,以提高整机负载效应指标。
走线从一个布线层变到另外一个布线层一般用过孔连通,不宜通过器件管脚焊盘实现,因为在插装器件时有可能破坏这种连接关系,还有在每1A电流通过时,至少应有2个过孔,过孔孔径原则要大于0.5mm,一般0.8mm可确保加工可靠性。
器件散热,在一些小功率电源中,线路板走线也可兼散热功能,其特点是走线尽量宽大,以增加散热面积,并不涂阻焊剂,有条件可均匀放置过孔,增强导热性能。
接着谈谈铝基板在开关电源中的应用和多层印制板在开关电源电路中的应用。
铝基板由其本身构造,具有以下特点:导热性能非常优良、单面缚铜、器件只能放置在缚铜面、不能开电器连线孔所以不能按照单面板那样放置跳线。
铝基板上一般都放置贴片器件,开关管,输出整流管通过基板把热量传导出去,热阻很低,可取得较高可靠性。
变压器采用平面贴片结构,也可通过基板散热,其温升比常规要低,同样规格变压器采用铝基板结构可得到较大的输出功率。
铝基板跳线可以采用搭桥的方式处理。
铝基板电源一般由由两块印制板组成,另外一块板放置控制电路,两块板之间通过物理连接合成一体。
由于铝基板优良的导热性,在小量手工焊接时比较困难,焊料冷却过快,容易出现问题现有一个简单实用的方法,将一个烫衣服的普通电熨斗(最好有调温功能),翻过来,熨烫面向上,固定好,温度调到150℃左右,把铝基板放在熨斗上面,加温一段时间,然后按照常规方法将元件贴上并焊接,熨斗温度以器件易于焊接为宜,太高有可能时器件损坏,甚至铝基板铜皮剥离,温度太低焊接效果不好,要灵活掌握。
最近几年,随着多层线路板在开关电源电路中应用,使得印制线路变压器成为可能,由于多层板,层间距较小,也可以充分利用变压器窗口截面,可在主线路板上再加一到两片由多层板组成的印制线圈达到利用窗口,降低线路电流密度的目的,由于采用印制线圈,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。
由于其具有诸多的优势,有利于大批量生产,所以得到广泛的应用。
但研制开发初期投入较大,不适合小规模生。
开关电源分为,隔离与非隔离两种形式,在这里主要谈一谈隔离式开关电源的拓扑形式,在下文中,非特别说明,均指隔离电源。