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开关电源设计与PCB设计

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第一部分 电源技术实践 电子图书网站 1. //ZT..JYCOM.CN/DZYJ/DZSJ.ASP 2. //218.7.17.204/W3/3.HTM 3. PP51.COM

一．输入回路

1. 保险丝FUSE FUSE有1。MICRO FUSE 微型保险丝 2。CERAMIC FUSE 陶瓷保险丝 3。GLASS FUSE 玻璃管型保险丝 4。SMD FUSE贴片型保险丝 按熔断速度分为快熔型（FAST） 慢熔型（SLOW） 个人经验取值参考：1. Pin=Pout/Eff 2. Vacmin=INPUT VOLTAGE 取（AC电流值）Iac *2--- 3 倍值为FUSE值比较合适。 举例：ACin=90V—264V Pout=60W Idc=(Pout/Eff)/Vacmin/PF= (60/0.8)/90/0.55 = 75/90/0.55 = 1.5 * 2 = 3取 2.5A -3A/250V 功率较大的，可以具实际情况减小 125V FUSE只应用于低段电压，全范围电压用250V之FUSE。 2. 热敏电阻 电源主要用到NTC型的

1.负温度系数NTC：电阻值随温度增加而减小 2.正温度系数PTC：电阻值随温度增加而增加 输入电路的是抑制开机瞬间，防大电容开始充电时，呈现很低阻抗，产生大电流造成损坏。当温度升高时，阻值变小，对电路的损耗很小。 取值：I =Pout/Eff/ACinmin/PF 最少大于2倍电流值，在根据实际测试温度高低做调整。可以根据实际经验和现有物料等取。

3. 突波吸收器（压敏电阻 METAL OXIDE VARISTORS）

电源常用三种：241—ACVrms 150Vrms DCV 200V

271-- ACVrms 175Vrms DCV 225V 471-- ACVrms 300Vrms DCV 385V 突波吸收器选取主要根据两点：1。电压值 –是运用在电路中该件的最大端电压，取最大端电压的110％-120％，低端常用241或271，高端电压常用

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com471。 2。器件所承受最大的尖峰电流 3.估算出电路所承受最大瞬间的能量的焦耳数。 突波电流值—般在做雷击实验所要求，但过电压也是一个目的限制。我们一般按经验选取。在考虑不做雷击实验时和成本时可以不用安装。 4. X电容 X电容主要用来消出差模干扰，主要集中在消出中，低频段，一般在10MHZ以下明显。 具体选取值，没有限制，只要考虑以下因素即可： 1． 满足传导测试可以达到要求，可加大，或减小（成本）。2。PCB板能尽量安装有位置，以避免重新做板，增大工作量和成本。 X-Cap 一般对低频段(150K ~ 数M之间)的EMI防制有效，一般而言X-Cap愈大，EMI防制效果愈好(但价格愈高). 相对应泻放电阻要根据X电容变化而变化。一般X电容取值在0.1Uf - 2.uF间。 5. Y电容 1．Y电容主要用来消出共模干扰，对10MHZ以下很明显，一般Y电容越大，传导测试波形越好，不过必须在考虑高压测试时的漏电流的要求可允许下，漏电流(Leakage Current )必须符合安规须求。OPEN FRAME符合前条件即可， ADAPTER一般要求Y电容最大用222。 2．Y-Cap一般可分为Y1及Y2电容，若AC Input有FG(3 Pin)一般使用Y2- Cap接FG ， AC Input若为2Pin(只有L，N)一般使用Y1-Cap，Y1与Y2的差异，除了价格外(Y1较昂贵)，绝缘等级及耐压亦不同(Y1称为双重绝缘，绝缘耐压约为Y2的两倍，且在电容的本体上会有“回”符号或注明Y1)。 一般Y电容取值在1000PF—10000PF间。主要有：102,152,222,332,472等等。

6. 共模电感 磁性材料主要有：铁素体(FERRITE)，纳米晶，铁粉芯，金属铁芯等。 铁素体:主要有四种：1.锰锌铁氧体（Mn-Zn Ferrite）（现在常用的）2.镍锌铁氧体（Ni-Zn Ferrite）3.铜镁锌铁氧体 (CU-Mg-Zn Ferrite) 4.多合金的 适用高频率变压器，EMI滤波器，能量存储用等。 纳米晶: 对低端频率有好的效果。 可用在EMI电路，对KHZ段有很好的抑制效果，但容易饱和 铁粉芯: 1.碳基铁粉芯 Carbonyl Iron 2.铁硅铝铁粉芯 Sendust 适用高频率变压器，滤波器等，主要常应用在储能电感, 输出DC直流滤波器上。 金属铁芯：实用于低频段，宜30KHZ以下。 共模电感一般用高磁导率铁素体(FERRITE)磁芯，铁素体是EMI电路最常用的材料。（高频率变压器，EMI滤波器等是一种材质，但配比不同，不能通用） 加减共模电感的圈数是改善传导测试的最常用方法，在设计和改善时共模电感一定要注意避免接近饱和。还要注意它的温度不能太高或太靠近热体，以造成冷机OK，热机NG现象。 输入电感的线径确定：具4A/1mm²的电流密度，Φ1mm= r²*3.14*4A =3.14 A I =Pout/Eff/ACinmin/PF 根据实际经验，可以适当减小线径取值，大于I =Pout/Eff/ACinmin稍大即可。 可以根据实测温度做调整. 7. 放电电阻 主要是在关断AC输入后，X电容上的电量在1秒内释放达到安全电压内，测试输入插头端。 取值主要考虑以下因素：

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com1. 根据放电时间取电阻大小，R=T/(2.21*C) T=取1 S ,C= 所有X电容相加的总容量。（不同的标准放电时间有些不同的要求） 2. 是放电电阻根据自身阻值本身承受的功率要求。公式为：P=V*V / R 3. 若X-Cap在0.22uf以上(包含0.22uf)，安规规定必须要有泄放电阻。 EMI电路总结： 1. EMI高端不好，可在输入电源线上加上磁环，有较好效果。在输出DC线加铁粉芯磁环，也有改善,特别在辐射时。 2．EMI电路根据功率大小，所用电路形式和经验，在设计前确定滤波级数，大概取值，然后在EMI 测试时根据实际情况再做调整即可。（最好参考成熟的EMI电路，以节约时间）.

3． 如果出现差模干扰，而X电容不能很好解决时，可单边串入带CORE电感，来解决。 4． 增大Gate电阻，可减小EMI干扰,但会增加MOS发热温度。 5. 在AV OK时,QP不一定能OK,有可能是EMI电感有出现饱和现象, 或者主变压器也可能影响. QP是根据AV计算得到的 6. 辐射表现不太突出时,抑制的办法,可以在输出输入线加铁粉芯磁环,或者用铜箔,铝等金属屏蔽整机. 7． EMI分为传导Conduction及辐射Radiation两部分，Conduction标准规范一般常用两种: FCC Part 15J Class B 、 CISPR 22(EN55022) Class B 两种 ， FCC测试频率在450K~30MHz，CISPR 22测试频率在150K~30MHz， Conduction可以用频谱分析仪验证，Radiation 则必须到专用实验室验证。 以下是传导的实测波形图一,图二是辐射测试波形. 图一传导测试波形

图二, 辐射测试波形 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com 二.整流滤波 1. 整流 电压：峰值反向电压PIV，一般要求大于600V 电流：最大正向整流电流，选择时，至少大于两倍 整流二极管稳态电流容量。 要有所承受浪涌电流的能力。 2. 滤波Cin 取滤波后纹波电压△V=30V 放电维持时间T=(1/Finac) / 2 (由于波形是半周,故取一半/2) Idc=Pin/(Acin*1.414) Cin=Idc*T/△V 举例说明： Pout=40W Pin=Pout/EFF=40/0.8=50W Idc=Pin/(Acin*1.414)=50/(90*1.414)=0.39A T= (1/Finac) / 2=(1/60)/2=16.67US/2=8US Cin=Idc*T/△V=0.39*8/30=0.104*1000=104 uF取82uF/400V即可 (经验取值:2uF-1瓦) 一般滤波后的VDC不小于Vacin*1.2倍（重载），峰值≦1.414*Vacin（轻载） 在应用倍压整流时，一定要在各电容两端加平衡电阻，可经验取值，一般是几百K欧。

三．PWM IC振荡频率及周围电路

PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http://www.fineprint.com 1.振荡频率 PWM的振荡频率一般根据IC的应用说明来选取，(有的是曲线 ，有的是公式)。有些IC是固定工作频率的。 举例说明：UC3843/2 当Rt>5KR, F=1.72/(Rt*Ct),开关频率约等于计算值，Rt是振荡电阻，Ct是振荡电容，1.72是常数。当Rt<5KR, F=1.0/(Rt*Ct) 注意：计算值为工作频率，如UC3842/UC3843。 侧是便计算值的一半为工作频率，如UC3844/5. 2. Risens 根据IC要求的Isens值来计算电阻值和功率。 举例说明：UC38XX系列 PIN3-Isens 限制为1V , Rs-max=1.0/Is-max Rs-max：Risens电阻。Is-max：MOSFET S极的PK电流 调试时可以适当改动 ，以达到最佳状态。 IC-sens脚接至Rs端时，须接如RC滤波网络，改善波形。是根据SENS-VOLTAGE对RC充放电的时间常数来取值，计算较为麻烦，且不理想，可根据实际经验和调试来取，较为方便。如38XX系列一般应用1KR/470-1000PF来改善。

3.Rgate （MOS-Gate与IC OUT 间接的电阻） （1）. 主要用来消除由于MOS结电容和分布电容所引起的高频振荡。选取合适值，可以减小Gate极的振荡，减小MOS导通时的PK电流，减小EMI干扰。但会增加了开关的上升沿时间，MOS的发热量会加大。 （2）.

在与该电阻并联须反结一普通二极管，可以改善开关的下降沿，以减小MOS开关的关

断时损耗，降低发热量。可以根据实际调试来或串入一小电阻。 4. 启动电阻： 根据IC的启动电压，电流值来取。 注意电阻的承受功率，耐电压等以免烧坏。

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开关电源设计开发流程

开关电源设计开发流程

开关电源设计开发流程1. 需求分析
- 确定电源输入电压范围和输出电压规格
- 确定电源输出功率和效率要求
- 确定电源尺寸和工作环境要求
2. 拓扑结构选择
- 分析常见拓扑结构的优缺点
- 根据需求选择合适的拓扑结构
3. 关键器件选择
- 选择功率开关管
- 选择变压器
- 选择输出滤波电容和其他辅助器件
4. 电路设计
- 进行电路原理设计和仿真验证
- 进行PCB布局设计
5. 电源原型制作与调试
- 制作样机电路板
- 对电路进行调试和测试
- 进行功率和效率测试
6. 电磁兼容性(EMC)设计
- 分析电路的EMC问题
- 采取相应的EMC设计措施
7. 热设计
- 进行热分析和模拟
- 设计散热结构
8. 机械结构设计
- 确定外壳尺寸和材料
- 设计机械结构和组装工艺
9. 安全认证和标准符合性
- 进行安全认证测试
- 确保满足相关标准和规范
10. 试产和量产
- 制作小批量试产样品
- 进行可靠性测试和改进
- 量产和交付
这个流程概括了开关电源设计开发的主要步骤,具体细节需要根据实际产品需求进行调整和完善。

良好的设计流程有助于提高开发效率,确保产品质量和可靠性。

开关电源设计方案

开关电源设计方案

开关电源设计方案1. 导言开关电源是一种将交流电转换为直流电的电源设备。

它具有高转换效率、小体积、轻重量等特点，被广泛应用于电子设备中。

本文将介绍开关电源的基本工作原理、设计流程以及几个常见的开关电源设计方案。

2. 开关电源的工作原理开关电源的工作原理包括输入滤波、整流、能量存储、调节和输出等步骤。

以下是一个典型的开关电源的工作原理图：开关电源工作原理图开关电源工作原理图1.输入滤波：交流电通过电源的输入端，首先经过输入滤波电路。

该电路使用电容和电感元件，去除交流电中的高频噪声和干扰，使得电源输入的电流更加稳定。

2.整流：经过滤波的交流电信号，经过整流桥或整流管，被转换为一个较高的直流电压。

整流桥通常由4个二极管组成，它们交替导通，使得输入交流电的正半周和负半周都能够被转换为正向的直流电。

3.能量存储：整流后的直流电压通过电容器进行存储。

电容器的作用是储存电荷以平滑输出电压，防止输出电压的波动。

4.调节：开关电源通常具有可调节输出电压的功能。

这是通过调整开关管的导通和截止时间来实现的。

调节电路通常由一片PWM控制芯片和电路反馈元件（如电感、变压器等）组成，以控制开关频率和占空比。

5.输出：经过调节后的直流电压，通过输出滤波电路去除残余的高频噪声，然后供给电子设备的负载。

3. 开关电源设计流程设计一个功能稳定、安全可靠的开关电源需要经过以下几个步骤：3.1 确定设计规格在开始设计之前，需要明确电源的输入和输出要求。

输入要求包括交流电的电压范围、频率、输入的稳定性等；输出要求包括直流电的电压、电流、纹波与噪声等。

3.2 选择拓扑结构常见的开关电源拓扑结构有多种，如Boost、Buck、Buck-Boost、Flyback等。

根据实际需求选择最适合的拓扑结构。

3.3 确定主要元件参数根据设计规格和拓扑结构，确定主要元件的参数，如开关管、变压器、电感、电容等。

3.4 确定控制策略根据实际需求，选择合适的控制策略，如PWM控制、电流模式控制等。

开关电源PCB布局实用指南

开关电源PCB布局实用指南

开关电源PCB布局实用指南首先，为了提高整体的可靠性和稳定性，应将开关电源及其相关的元件集中布局在一个地方，并尽量远离其他的高频信号、干扰源和辐射源。

这样可以有效地降低电磁干扰和噪声对开关电源的影响。

其次，应合理划分电源各个模块的区域。

开关电源通常包括输入滤波、整流、变换和输出滤波等模块，每个模块都需要专门的布局区域。

底层的输入滤波电路应尽量靠近输入电源，输出滤波电路应尽量靠近负载，这样可以有效地降低输入和输出线路的串扰。

另外，应合理安排各个元件的布局，尽量减少回路长度和面积。

开关器件、电感器件、电容器件和散热器件等应该尽量靠近，减少互相连接的导线长度，降低电路的等效串感和串阻。

并且应尽量避免敏感元件（如模拟电路、信号放大器等）和高功率元件（如开关管、放大管等）的靠近，以防止互相干扰。

第四，合理规划和布局散热系统。

开关电源中的功率元件通常会产生较大的热量，需要通过散热器件进行散热。

因此，应尽量将散热器件布局在靠近散热片和风扇等辅助散热设备的位置，确保热量能够有效地被散出。

并且应尽量避免散热器件与其他元器件的直接接触，以防止温升对其他元器件产生不良影响。

最后，应注意地面和电源线的布局。

地面应尽量简洁，减少回路面积，并且保持连续和良好的连接。

电源线应尽量粗、短，以降低线路的串感和串阻。

并且应合理选择电源线的走向，减少回路面积和电源线的干扰对电路的影响。

综上所述，开关电源PCB布局是一个非常重要且复杂的问题，需要综合考虑各个因素的影响。

通过合理划分区域、布局元件、规划散热系统和优化地面和电源线的布局，可以提高开关电源的稳定性、可靠性和抗干扰能力。

因此，对于开关电源设计者来说，掌握开关电源PCB布局的实用指南是非常有意义的。

AN-1229开关电源PCB布局心得

AN-1229开关电源PCB布局心得

AN-1229开关电源PCB布局心得对于开关电源的噪声，除了芯片本身，Layout的设计最为重要，记录一些相关的技巧。

不少关于EMI的观念具有通用性。

AC和DC电流路径开关电源在导通和关闭两种状态下的电流回路不尽相同，于是在部分支路上会出现阶跃电流（step current）（图1. C），这就是所谓需要关注的AC电流路径。

以PCB走线20nH/inch计算，典型buck converter的AC电流路径上电流变化大约是开关电源关闭转换时负载电流大小的1.2倍，是导通转换时负载电流的80%。

高速场效应管的转换时间为30ns，Bipolar的转换时间为70ns；根据V=L*dI/dt，当转换时间（transition time）为30ns的1安培电流流过的一英寸走线将产生0.7V的电压，相同时间3安培两英寸走线就是4V！所以第一条准则便是：吝惜AC电流路径走线长度。

此外电源芯片的GND脚走线尽可能短以防止出现“地弹”（ground bounce），输入电容位置应靠近芯片。

元件要“扎堆”最大的遗憾是不能把元件重叠起来，因此究竟先考虑哪个元件就十分重要了。

首先看输入端的两个电容Cin和Cbypass。

输入端电容的作用是抑制输入电压的波动。

输入电压的波动主要来自电源开关时的脉冲输入电流，Bulk电源的输出电流较平整（LC串联电路）；Boost电源的情况正好相反，输入电容电流平整，脉冲电流进入输出电容。

原文还提及了Buck-Boost或“flyback”（回扫），Cuk（据说这种是理想的DC-DC转换器，不存在所谓AC电流路径，输入输出全是平整电流，但是这个我没有玩过，更没有见过）等电源，其输入输出电容上的电流状况取决于各自的拓扑结构。

在开关电源导通的瞬间，大部分脉冲电流来自Cbypass，其余部分主要来自Cin，只有那些缓慢变化的电流才来自DC输入电源。

因此输入电容实际为芯片提供了脉冲电流源，如果输入电容的ESR和ESL太高会造成不必要的高频输入电压纹波，俺们看到这句话万不可理解为要无限加大输入电容，由开关频率（100K-260K）产生的自然输入电压纹波不在考虑范围，俺们考虑的是在转换瞬间频率为10MHz-30MHz噪声，特别的对于高速开关电源（这里的高速和开关的频率并无多大关系，而是指开关的转换时间，FET速度快于Bipolar），将一个0.1uF-0.47uF的贴片电容Cbypass尽可能靠近芯片，Bulk电容Cin个头大，可以距离稍远（一英寸）。