開(kāi)關(guān)電源PCB設計原則及走線(xiàn)技巧
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時(shí)間：2011-09-03
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
四、大電流走線(xiàn)的處理
線(xiàn)寬可按照前帖處理，如寬度不夠，一般可采用在走線(xiàn)上鍍錫增加厚度進(jìn)行解決，其方法有好多種。
1. 將走線(xiàn)設置成焊盤(pán)屬性，這樣在線(xiàn)路板制造時(shí)該走線(xiàn)不會(huì )被阻焊劑覆蓋，熱風(fēng)整平時(shí)會(huì )被鍍上錫。
2. 在布線(xiàn)處放置焊盤(pán)，將該焊盤(pán)設置成需要走線(xiàn)的形狀，要注意把焊盤(pán)孔設置為零。
3. 在阻焊層放置線(xiàn)，此方法最靈活，但不是所有線(xiàn)路板生產(chǎn)商都會(huì )明白你的意圖，需用文字說(shuō)明。在阻焊層放置線(xiàn)的部位會(huì )不涂阻焊劑
線(xiàn)路鍍錫的幾種方法如上。一般可采用細長(cháng)條鍍錫寬度在1~1.5mm，長(cháng)度可根據線(xiàn)路來(lái)確定，鍍錫部分間隔0.5~1mm 雙面線(xiàn)路板為布局、走線(xiàn)提供了很大的選擇性，可使布線(xiàn)更趨于合理。關(guān)于接地，功率地與信號地一定要分開(kāi)，兩個(gè)地可在濾波電容處匯合，以避免大脈沖電流通過(guò) 信號地連線(xiàn)而導致出現不穩定的意外因素，信號控制回路盡量采用一點(diǎn)接地法。
電壓反饋取樣，為避免大電流通過(guò)走線(xiàn)的影響，反饋電壓的取樣點(diǎn)一定要放在電源輸出最末梢，以提高整機負載效應指標。
走線(xiàn)從一個(gè)布線(xiàn)層變到另外一個(gè)布線(xiàn)層一般用過(guò)孔連通，不宜通過(guò)器件管腳焊盤(pán)實(shí)現，因為在插裝器件時(shí)有可能破壞這種連接關(guān)系，還有在每1A電流通過(guò)時(shí)，至少應有2個(gè)過(guò)孔，過(guò)孔孔徑原則要大于0.5mm，一般0.8mm可確保加工可靠性。
五、鋁基板在開(kāi)關(guān)電源中的應用和多層印制板在開(kāi)關(guān)電源電路中的應用
鋁基板（金屬基散熱板（包含鋁基板，銅基板，鐵基板））是一種獨特的金屬基覆銅板，它具有良好的導熱性、電氣絕緣性能和機械加工性能。鋁基覆銅板是一種金屬線(xiàn)路板材料、由銅箔、導熱絕緣層及金屬基板組成，它的結構分三層：
Cireuitl.Layer線(xiàn)路層：相當于普通PCB的覆銅板，線(xiàn)路銅箔厚度loz至10oz。
DielcctricLayer絕緣層：絕緣層是一層低熱阻導熱絕緣材料。厚度為：0.003“至0.006”英寸是鋁基覆銅板的核心技術(shù)所在，已獲得UL認證。
BaseLayer基層是金屬基板，一般是鋁或可所選擇銅。鋁基覆銅板和傳統的環(huán)氧玻璃布層壓板等，目前市場(chǎng)上主流的是福斯萊特鋁基板。
電路層（即銅箔）通常經(jīng)過(guò)蝕刻形成印刷電路，使組件的各個(gè)部件相互連接，一般情況下，電路層要求具有很大的載流能力，從而應使用較厚的銅箔，厚度一般35μm~280μm；導熱絕緣層是鋁基板核心技術(shù)之所在，它一般是由特種陶瓷填充的特殊的聚合物構成，熱阻小，粘彈性能優(yōu)良，具有抗熱老化的能力，能夠承受機械及熱應力。該公司生產(chǎn)的高性能鋁基板的導熱絕緣層正是使用了此種技術(shù)，使其具有極為優(yōu)良的導熱性能和高強度的電氣絕緣性能；金屬基層是鋁基板的支撐構件，要求具有高導熱性，一般是鋁板，也可使用銅板（其中銅板能夠提供更好的導熱性），適合于鉆孔、沖剪及切割等常規機械加工。
鋁基板由其本身構造，具有以下特點(diǎn)：導熱性能非常優(yōu)良、單面縛銅、器件只能放置在縛銅面、不能開(kāi)電器連線(xiàn)孔所以不能按照單面板那樣放置跳線(xiàn)。
鋁基板上一般都放置貼片器件，開(kāi)關(guān)管，輸出整流管通過(guò)基板把熱量傳導出去，熱阻很低，可取得較高可靠性。變壓器采用平面貼片結構，也可通過(guò)基板散熱，其溫 升比常規要低，同樣規格變壓器采用鋁基板結構可得到較大的輸出功率。鋁基板跳線(xiàn)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(guò)物理連接合成一體。
由于鋁基板優(yōu)良的導熱性，在小量手工焊接時(shí)比較困難，焊料冷卻過(guò)快，容易出現問(wèn)題現有一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的方法，將一個(gè)燙衣服的普通電熨斗（最好有調溫功能）， 翻過(guò)來(lái)，熨燙面向上，固定好，溫度調到150℃左右，把鋁基板放在熨斗上面，加溫一段時(shí)間，然后按照常規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(shí)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(zhù)多層線(xiàn)路板在開(kāi)關(guān)電源電路中應用，使得印制線(xiàn)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(xiàn)路板上再 加一到兩片由多層板組成的印制線(xiàn)圈達到利用窗口，降低線(xiàn)路電流密度的目的，由于采用印制線(xiàn)圈，減少了人工干預，變壓器一致性好，平面結構，漏感低，偶合 好。開(kāi)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)，所以得到廣泛的應用。但研制開(kāi)發(fā)初期投入較大，不適合小規模生。
開(kāi)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(kāi)關(guān)電源的拓撲形式，在下文中，非特別說(shuō)明，均指隔離電源。隔離電源按照結構形式不同，可分 為兩大類(lèi)：正激式和反激式。反激式指在變壓器原邊導通時(shí)副邊截止，變壓器儲能。原邊截止時(shí)，副邊導通，能量釋放到負載的工作狀態(tài)，一般常規反激式電源單管 多，雙管的不常見(jiàn)。正激式指在變壓器原邊導通同時(shí)副邊感應出對應電壓輸出到負載，能量通過(guò)變壓器直接傳遞。按規格又可分為常規正激，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(diǎn)，在設計電路的過(guò)程中為達到最優(yōu)性?xún)r(jià)比，可以靈活運用。一般在小功率場(chǎng)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(shí)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。
反激式電源因其結構簡(jiǎn)單，省掉了一個(gè)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(guò)100瓦就沒(méi)有優(yōu)勢，實(shí)現起來(lái)有難度。本人認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(méi)見(jiàn)過(guò)實(shí)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(gè)非常關(guān)鍵的參數，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(kāi)氣隙，其目的是改變鐵芯磁滯回線(xiàn)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(xiàn)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，也是確定漏感的關(guān)鍵因素，要盡量使初次極線(xiàn)圈靠近，可采用三明治繞法，但這樣會(huì )使變壓器分布電容增大。選用鐵芯盡量用窗口比較長(cháng)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，原則上軍用電源的最大占空比應該小于0.5，否則環(huán)路不容易補償，有可能不穩定，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(guò)變壓器耦合反映到原邊的電壓值），在一定電壓范圍內反射電壓提高則 工作占空比增大，開(kāi)關(guān)管損耗降低。
接著(zhù)談關(guān)于反激電源的占空比（本人關(guān)注反射電壓，與占空比一致），占空比還與選擇開(kāi)關(guān)管的耐壓有關(guān)，有一些早期的反激電源使用比較低耐壓開(kāi)關(guān)管，如 600V或650V作為交流220V 輸入電源的開(kāi)關(guān)管，也許與當時(shí)生產(chǎn)工藝有關(guān)，高耐壓管子，不易制造，或者低耐壓管子有更合理的導通損耗及開(kāi)關(guān)特性，像這種線(xiàn)路反射電壓不能太高，否則為使 開(kāi)關(guān)管工作在安全范圍內，吸收電路損耗的功率也是相當可觀(guān)的?，F在 由于MOS管制造工藝水平的提高，一般反激電源都采用700V或750V甚至 800-900V的開(kāi)關(guān)管。這兩種類(lèi)型各有優(yōu)缺點(diǎn)：
第一類(lèi)：缺點(diǎn)抗過(guò)壓能力弱，占空比小，變壓器初級脈沖電流大。優(yōu)點(diǎn)：變壓器漏感小，電磁輻射低，紋波指標高，開(kāi)關(guān)管損耗小，轉換效率不一定比第二類(lèi)低。
第二類(lèi)：缺點(diǎn)開(kāi)關(guān)管損耗大一些，變壓器漏感大一些，紋波差一些。優(yōu)點(diǎn)：抗過(guò)壓能力強一些，占空比大，變壓器損耗低一些，效率高一些。
六、反激電源反射電壓還有一個(gè)確定因素
軍用開(kāi)關(guān)電源的反射電壓還與一個(gè)參數有關(guān)，那就是輸出電壓，輸出電壓越低則變壓器匝數比越大，變壓器漏感越大，開(kāi)關(guān)管承受電壓越高，有可能擊穿開(kāi)關(guān)管、吸收電 路消耗功率越大，有可能使吸收回路功率器件永久失效。在設計低壓輸出小功率反激電源的優(yōu)化過(guò)程中必須小心處理，其處理方法有幾個(gè)：
1、采用大一個(gè)功率等級的磁芯降低漏感，這樣可
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