從構思到實(shí)踐 如何完成開(kāi)關(guān)電源的合理設計

　　開(kāi)關(guān)電源已經(jīng)成為了我們電路設計當中的主角，甚至可以說(shuō)已經(jīng)成為了與行業(yè)發(fā)展密不可分的一部分。與傳統線(xiàn)性電源相比，在某一輸出功率點(diǎn)上線(xiàn)性電源的成本要高于開(kāi)關(guān)電源，常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)電源可以分為兩種，隔離與非隔離。

　　在本篇文章當中，我們將主要對隔離式開(kāi)關(guān)電源的拓撲形式進(jìn)行探討。所以在下面的文章當中，如果沒(méi)有任何特殊的說(shuō)明，文中提及的電源將均指隔離電源。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。

　　脈沖電壓連線(xiàn)盡可能短，其中輸入開(kāi)關(guān)管到變壓器連線(xiàn)，輸出變壓器到整流管連接線(xiàn)。脈沖電流環(huán)路盡可能小如輸入濾波電容正到變壓器到開(kāi)關(guān)管返回電容負。輸出部分變壓器出端到整流管到輸出電感到輸出電容返回變壓器電路中X電容要盡量接近開(kāi)關(guān)電源輸入端，輸入線(xiàn)應避免與其他電路平行，應避開(kāi)。Y電容應放置在機殼接地端子或FG連接端。共摸電感應與變壓器保持一定距離，以避免磁偶合。

　　輸出電容一般可采用兩只一只靠近整流管另一只應靠近輸出端子，可影響電源輸出紋波指標，兩只小容量電容并聯(lián)效果應優(yōu)于用一只大容量電容。發(fā)熱器件要和電解電容保持一定距離，以延長(cháng)整機壽命，電解電容是開(kāi)關(guān)電源壽命的瓶勁，如變壓器、功率管、大功率電阻要和電解保持距離，電解之間也須留出散熱空間，條件允許可將其放置在進(jìn)風(fēng)口。

　　PCB布線(xiàn)的一些原則印制板設計時(shí)，要考慮到干擾對系統的影響，將電路的模擬部分和數字部分的電路嚴格分開(kāi)，對核心電路重點(diǎn)防護，將系統地線(xiàn)環(huán)繞，并布線(xiàn)盡可能粗，電源增加濾波電路，采用DC-DC隔離，信號采用光電隔離，設計隔離電源，分析容易產(chǎn)生干擾的部分(如時(shí)鐘電路、通訊電路等)和容易被干擾的部分(如模擬采樣電路等)，對這兩種類(lèi)型的電路分別采取措施。對于干擾元件采取抑制措施，對敏感元件采取隔離和保護措施，并且將它們在空間和電氣上拉開(kāi)距離。在板級設計時(shí)，還要注意元器件放置要遠離印制板邊沿，這對防護空氣放電是有利的。

　　隨著(zhù)印制線(xiàn)路板制造工藝的不斷完善和提高，一般加工廠(chǎng)制造出線(xiàn)間距等于甚至小于0.1mm已經(jīng)不存在什么問(wèn)題，完全能夠滿(mǎn)足大多數應用場(chǎng)合?？紤]到開(kāi)關(guān)電源所采用的元器件及生產(chǎn)工藝，一般雙面板最小線(xiàn)間距設為0.3mm，單面板最小線(xiàn)間距設為0.5mm，焊盤(pán)與焊盤(pán)、焊盤(pán)與過(guò)孔或過(guò)孔與過(guò)孔，最小間距設為 0.5mm，可避免在焊接操作過(guò)程中出現“橋接”現象。，這樣大多數制板廠(chǎng)都能夠很輕松滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，并可以把成品率控制得非常高，亦可實(shí)現合理的布線(xiàn)密度及有一個(gè)較經(jīng)濟的成本。