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          工程師不可不知的開關(guān)電源關(guān)鍵設(shè)計(一)

          作者: 時間:2012-05-28 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          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 沖擊對焊盤與管腳連接處造成的影響,增強焊接的牢固性。線路板上重量較大的部件可增加支撐連接點,可加強與線路板間連接強度,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,可留得長一些,其優(yōu)點是可增 加焊接部位的強度,加大焊接面積、有虛焊現(xiàn)象可即時發(fā)現(xiàn)。引腳長剪腿時,焊接部位受力較小。在臺灣、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。今天談一談雙面板中的一些事項,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,因為在焊接過程中有利于焊錫溶液通過焊孔滲透到頂層焊盤,以增加焊接可靠性。但是有一個弊端,如果孔過大,波峰焊時在射流錫沖擊下 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該走線不會被阻焊劑覆蓋,熱風(fēng)整平時會被鍍上錫。

          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)商都會明白你的意圖,需用文字說明。在阻焊層放置線的部位會不涂阻焊劑

          線路鍍錫的幾種方法如上,要注意的是,如果很寬的的走線全部鍍上錫,在焊接以后,會粘接大量焊錫,并且分布很不均勻,影響美觀。一般可采用細(xì)長條鍍錫寬度在1~1.5mm,長度可根據(jù)線路來確定,鍍錫部分間隔0.5~1mm 雙面線路板為布局、走線提供了很大的選擇性,可使布線更趨于合理。關(guān)于接地,功率地與信號地一定要分開,兩個地可在濾波電容處匯合,以避免大脈沖電流通過 信號地連線而導(dǎo)致出現(xiàn)不穩(wěn)定的意外因素,信號控制回路盡量采用一點接地法,有一個技巧,盡量把非接地的走線放置在同一布線層,最后在另外一層鋪地線。輸出 線一般先經(jīng)過濾波電容處,再到負(fù)載,輸入線也必須先通過電容,再到變壓器,理論依據(jù)是讓紋波電流都通過旅濾波電容。

          電壓反饋取樣,為避免大電流通過走線的影響,反饋電壓的取樣點一定要放在電源輸出最末梢,以提高整機負(fù)載效應(yīng)指標(biāo)。

          走線從一個布線層變到另外一個布線層一般用過孔連通,不宜通過器件管腳焊盤實現(xiàn),因為在插裝器件時有可能破壞這種連接關(guān)系,還有在每1A電流通過時,至少應(yīng)有2個過孔,過孔孔徑原則要大于0.5mm,一般0.8mm可確保加工可靠性。

          器件散熱,在一些小功率電源中,線路板走線也可兼散熱功能,其特點是走線盡量寬大,以增加散熱面積,并不涂阻焊劑,有條件可均勻放置過孔,增強導(dǎo)熱性能。

          接著談?wù)勪X基板在中的應(yīng)用和多層印制板在電路中的應(yīng)用。

          鋁基板由其本身構(gòu)造,具有以下特點:導(dǎo)熱性能非常優(yōu)良、單面縛銅、器件只能放置在縛銅面、不能開電器連線孔所以不能按照單面板那樣放置跳線。

          鋁基板上一般都放置貼片器件,開關(guān)管,輸出整流管通過基板把熱量傳導(dǎo)出去,熱阻很低,可取得較高可靠性。變壓器采用平面貼片結(jié)構(gòu),也可通過基板散熱,其溫 升比常規(guī)要低,同樣規(guī)格變壓器采用鋁基板結(jié)構(gòu)可得到較大的輸出功率。鋁基板跳線可以采用搭橋的方式處理。鋁基板電源一般由由兩塊印制板組成,另外一塊板放 置控制電路,兩塊板之間通過物理連接合成一體。

          由于鋁基板優(yōu)良的導(dǎo)熱性,在小量手工焊接時比較困難,焊料冷卻過快,容易出現(xiàn)問題現(xiàn)有一個簡單實用的方法,將一個燙衣服的普通電熨斗(最好有調(diào)溫功能), 翻過來,熨燙面向上,固定好,溫度調(diào)到150℃左右,把鋁基板放在熨斗上面,加溫一段時間,然后按照常規(guī)方法將元件貼上并焊接,熨斗溫度以器件易于焊接為 宜,太高有可能時器件損壞,甚至鋁基板銅皮剝離,溫度太低焊接效果不好,要靈活掌握。

          最近幾年,隨著多層線路板在電路中應(yīng)用,使得印制線路變壓器成為可能,由于多層板,層間距較小,也可以充分利用變壓器窗口截面,可在主線路板上再 加一到兩片由多層板組成的印制線圈達(dá)到利用窗口,降低線路電流密度的目的,由于采用印制線圈,減少了人工干預(yù),變壓器一致性好,平面結(jié)構(gòu),漏感低,偶合 好。開啟式磁芯,良好的散熱條件。由于其具有諸多的優(yōu)勢,有利于大批量生產(chǎn),所以得到廣泛的應(yīng)用。但研制開發(fā)初期投入較大,不適合小規(guī)模生。

          開關(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關(guān)電源的拓?fù)湫问剑谙挛闹?,非特別說明,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)通時副邊截止,變壓器儲能。原邊截止時,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。正激式指在變壓器原邊導(dǎo)通同時副邊感應(yīng)出對應(yīng)電壓輸出到負(fù)載,能量通過變壓器直接傳遞。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,在電路的過程中為達(dá)到最優(yōu)性價比,可以靈活運用。一般在小功率場合可選用反激式。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)簡單,省掉了一個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100瓦就沒有優(yōu)勢,實現(xiàn)起來有難度。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,但沒見過實物。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非常的參數(shù),由于反激電源需要變壓器儲存能量,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,但這樣會使變壓器分布電容增大。選用鐵芯盡量用窗口比較長的磁芯,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)路不容易補償,有可能不穩(wěn)定,但有一些例外,如美國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,本人對做反激的看法是,先確定反射電壓(輸出電壓通過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,開關(guān)管損耗降低。反射電壓降低則工作占空比減小,開關(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)通時間縮 短,為保持輸出穩(wěn)定,更多的時候?qū)⒂奢敵鲭娙莘烹婋娏鱽肀WC,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,可充分抵消掉開關(guān)管大占空帶來的低損耗,時就沒有再增大占 空比的意義了,甚至可能會因為漏感反峰值電壓過高而擊穿開關(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,開關(guān)管通過電流有效 值高,變壓器初級電流有效值大,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)

          有網(wǎng)友提到開關(guān)電源的反饋環(huán)路的參數(shù)設(shè)置,工作狀態(tài)分析。由于在上學(xué)時高數(shù)學(xué)的比較差,《自動控制原理》差一點就補考了,對于這一門現(xiàn)在還感覺恐懼,到現(xiàn) 在也不能完整寫出閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù),對于系統(tǒng)零點、極點的概念感覺很模糊,看波德圖也只是大概看出是發(fā)散還是收斂,所以對于反饋補償不敢胡言亂語,但有有 一些建議。如果有一些數(shù)學(xué)功底,再有一些學(xué)習(xí)時間可以再把大學(xué)的課本《自動控制原理》找出來仔細(xì)的消化一下,并結(jié)合實際的開關(guān)電源電路,按工作狀態(tài)進(jìn)行分 析。一定會有所收獲,論壇有一個帖子《拜師求學(xué)反饋環(huán)路、調(diào)式》其中CMG回答得很好,我覺得可以參考。

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