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资深工程师:开关电源设计必须注意的64个细节

理由:安全认证要求

这是许多工程师在申请安全认证和提交材料时会遇到的问题。

理由:UL62368、CCC认证要求断开一组电阻,然后测试X电容器的残余电压

许多新手会犯错误,纠正方法只能重新改变PCB Layout,浪费时间和采购打样。

原因:避免组装困难或过炉空焊问题

因为安全申请认证通常有一个系列,比如24W申请一个系列,包括4.2V-36V输出低压4的电压段.2V大电流和高压36V小电流的飞线直径不同。

多条飞线直径计算参考以下表格:

原因:避免组装困难

因为你的PCB可用于不同的电流段,如5V/8A,和20V/2A,两者使用的线材不同

参考以下表格:

原因:电阻值越大,电阻承受的功率越大

原因:避免组装困难

椭圆形的孔方便散热器有个移动的空间,这对组装和过炉是非常有利的。

理由:安全要求

这个新手很容易被忽视,所以申请认证的产品一定要做OVP测试,抓住输出瞬时波形。

理由:提高质量

一般正规公司都有这个要求,除特殊情况外,日本更注重防爆孔的问题。

原因:验证产品稳定性

这个很重要。我以前经常遇到这个问题。生产线老化后,试验纹波会变高。现象是环路冲击。

理由:提高质量

一般来说,小公司不会这样做。一个优秀的产品经得起任何考验。

理由:减少PCB修改次数。

如果你的产品符合要求UL60335标准,客户希望有一天满足UL1310,此时你必须再次改变PCB Layout拿去安全报告,如果你画的板符合各种标准,以后的工作会轻松很多。

理由:减少后续整改次数。

像飞利浦这样的客户要求ESD非常严的,听说富士康的还需要达到±20KV,有一天这样的客户要求,你又要忙一段时间了。

判断空载VCC电压大于芯片关闭电压5V在确认满载时,不得大于芯片过压保护值

假如你的产品9V-15V共用变压器,请确认VCC电压和电源管的耐压性

LEB前沿消隐时间短,比尖峰脉冲时间短,无效或误判;如果生长,真正的流动不能发挥保护作用。

Rcs与Ccs的RC值不可超过1NS的Delay,否则输出短路时,Vds会比满载时高,超过MOSFET最大耐压性可能导致炸机。

经验值1nS的Delay约等于1K对100PF,也等于100R对102PF

原因:组装方便

如图:

实物如图:

实际组装如图所示:

这样做可以使小板和PCB大板之间紧密贴合,不会有浮高现象

之前犯了这个很低级的错误,14.5V输出用16V耐压电容量产1%的电容故障不良。

这样可以节省成本。

原因:控制供应商交付的一致性,避免供应商偷工减料,影响产品效率

另一个烦人的是供应商做手脚,导致一整批试产产品无法通过六级能效,原因是小特基内晶元用量小。

处理异音的方法之一

第二种处理异音的方法

三种处理异音的方法

原因:当电阻短路时,不会引起IC和MOSFET损坏。

原因:30-60-60MHz都有一定的作用。

p>空间允许的话PCB Layout留一个位置吧,方便EMI整改

 

 

例如ESD 雷击等,一定要打到产品损坏为止,并做好相关记录,看产品余量有多少,做到心中有数

 

 

超过8A是不能申请LPS的

 

 

这个是经常犯的一个毛病,经常一股劲的把样品送到第三方机构,后面来来回回改来改去的

 

 

PSR现在很多芯片都可以实现“零恢复”OCP电流,比如ME8327N,具有“零恢复”OCP电流功能

 

 

针对不同安规,漏电流要求也不一样,在设计时需特别留意

 

变压器的磁饱和一定要确认,重重之重,这是首条安全性能保障,包括过流点的磁饱和、开机瞬间的磁饱和、输出短路的磁饱和、高温下的磁饱和、高低压的磁饱和。

 

 

BOM表上写的螺丝规格一定要对,不然量产时会让你难受

 

理由:安规要求

 

经常被第三方机构退回样品,整改

 

 

 

 

 

D1这个元件有个文字描述的属性放在了顶层铜箔,如图

 

 

把它放到顶层丝印后,完美解决。

EMI整改技巧之一

 

 

EMI整改技巧之二

 

 

一个惨痛案例,一款过了EMI的产品,余量都有4dB以上,量产很多次了,其中有一次量产抽检EMI发现辐射超1dB左右,不良率有50%,经过层层排查、一个个元件对换。最终发现是VCC上的整流二极管引发的问题,更换之前的管子(留低样品),余量有4dB。对不良管子分析,发现管子内部供应商做了镜像处理。

 

 

方法:在PCB板上找一条光滑且长的线条,测量其长度L,再测宽度W,再用DC源加1A电流在其两端测得压降U

 

依据电阻率公式得出以下公式:

 

 

例:取一段PCB铜箔,长度L为40mm,宽度为10mm,其通过1A电流两端压降为0.005V,求该段铜箔厚度为多少um?

 

 

 

变压器绕法一:Np1→VCC→Ns1→Ns2→铜屏蔽0.9Ts→Np2

PCB关键布局:Y电容地→大电容地,变压器地→Vcc电容→大电容地

注:变压器所有出线没有交叉

图一(115Vac)

 

图一所示可以看到,130-200M处情况并不乐观;

130-200M主要原因在于PCB布局问题和二次侧的肖特基回路,改其它地方作用不大,肖特基套磁珠可以完全压下来,图忘记保存了。

为了节约成本,公司并不让我这样做,因为套磁珠影响了成本,当即NG掉此PCB布局,采用图一a方式PCB关键布局走线。

 

变压器绕法不变:Np1→VCC→Ns1→Ns2→铜屏蔽0.9Ts→Np2

PCB关键布局:Y电容地→变压器地→大电容地

注:变压器内部的初级出线及次级出线有交叉

图一a (115Vac)

 

图一a可以看出,改变PCB布局后130M-200M已经完全被衰减,但是30-130M没有图一效果好,可能变压器出线无交叉好一些。仔细观察,此IC具有抖频功能,传导部分频段削掉了一些尖峰;

 

图一b(230Vac)

 

图一b可以看到,输入电压在230Vac测试时,65M和83M位置有点顶线(红色线)

图一b-1(230Vac)

 

原边吸收电容由471P加大到102P,65M位置压下来一点,后面还是有点高,如图一b-1所示;

 

图一b-2(230Vac)

 

变压器屏蔽改成线屏蔽(0.2*1*30Ts),后面完全衰减,如图一b-2;

 

图一b-3(115Vac)

 

115Vac输入测试,后面150M又超了,发克!高压好了低压又不行,恼火啊!看来这招不行;

 

图一b-4(115Vac)

 

变压器屏蔽还是换成铜箔屏蔽(圈数由0.9Ts改成1.3Ts),效果不错,如图一b-4所示。

 

图一b-5(230Vac)

 

115Vac输入测试,测试通过。

结论:

一:变压器出线需做到不交叉;

二:Y电容回路走线越短越好先经过变压器地再回到大电容地,不与其它信号线交叉;

 

115Vac低压30M红色顶线

 

230Vac高压30M红色也顶线

 

调整肖特基吸收后:

115Vac低压,走势图非常漂亮

 

230Vac高压,走势图非常漂亮

 

a..PADS画好的PCB导出为DXF文件,CAD打开后是由双线组成的空心线段,如图:

 

刚开始不会时,是用L命令一根一根的描,狂汗  。。

使用多次后,解决方法是使用X命令就可以变成单根线

 

b..CAD图档线框转PADS做PCB外框图方法:

step1.在CAD里面刪掉沒有的线,只剩下板框,其它线也可以不删。

step2.在键盘上敲PE,回车,鼠标点中其中一边,再敲Y,回车,再敲J,回车,拖动鼠标把整个板框选中,回车,按Esc键退出此模式。

step3.比例调整,SC 按空格,选取整个板框,按空格,任意地方单击鼠标一下, 比例: 39.37 ,按空格。

 

 

 

需注意这条地线的安全距离。

 

PCB布局铁律

 

这个整改花了很多钱

 

一定要让风跑出去

 

 

切记,以前在这上面吃了大亏

 

a..EE,EI,EF,EEL类,常用来制作中小功率的变压器,成本低,工艺简单

b..EFD,EPC类,常用来制作对高度有限制的产品,适合做中小功率类

c..EER,ERL,ETD类,常用来制作大中型功率的变压器,特别适合用来制作多路输出的大功率主变压器,且变压器漏感较小,比较容易符合安规

d..PQ,EQ,LP类,该磁芯的中间柱较一般的磁芯要大,产品漏感较小,适合做小体积大功率的变压器,输出组数不能过多

e..RM,POT类,常用来制作通讯类或中小功率高频变压器,本身的磁屏蔽很好,容易满足EMC特性

f..EDR类,一般常用于LED驱动,产品厚度要求薄,变压器制做工艺复杂

 

如反激一次侧的高压MOS的D、S之间距离,依据公式500V对应0.85mm,DS电压在700V以下是0.9mm,考虑到污染和潮湿,一般取1.2mm

之前碰到过炸机现象,增加安全距离后解决了,因为磁珠容易沾上残留物

 

小公司设备没那么全,有兴趣的可以做个对比,看看VCC差异有多大

关于VCC圈数的设计需要考虑很多因素

 

在安规认证,变压器温度超了2度左右时,可以用这个方法

 

 

保证产品量产时的稳定性

 

 

设计的时候尽量避免电容底部走跳线,因为增加成本和隐患

 

 

理由:开关管工作时容易干扰到背部的芯片,造成系统不稳定,其它高频器件同理

 

理由:SR的尾部留长是一样长的,当两个焊盘孔间隔太远时,会造成不方便生产焊接

 

 

理由:高频信号会通过AC端耦合出去,从而噪声源被EMI设备检测到引起EMI问题

 

 

理由:增加抗干扰能力,提升系统稳定性

 

PCB设计走线方法请看图:

(a) 地线的Layout原则

如(1)(2)(3)绿线所示,R11的地和R14的地连接到芯片的地,再连接到EC4电解电容的地。注意不可连到变压器的地,因为变压器次级A->D3->EC4->次级B形成功率环,如果ME4312芯片的地接到次级B线到EC4电容之间,受到较强的di/dt干扰会导致系统的不稳定等因素。

 

 

造成的问题:转灯时红灯绿灯一起亮,并且红灯绿交替闪烁。

 

通过断开PCB铜箔使用一根导线连到输出电容地,隔开ME4312B芯片地,如下图:

 

 

通过以上处理,灯闪问题已经解决,测试结果如下:

CV15V 1.043A

CV14V 1.043A

CV13V 1.043A

CV12V 1.043A

CV11V 1.043A

CV10V 1.043A

CV9V  1.043A

CV8.5V 1.043A

CV8V  VCC欠压保护

0-94mA转绿灯  96mA以上转红灯

转灯比例 94/1043=9%,转灯比例可以控制在3-12%

来源:EDN电子技术设计

(关注芯片之家)

 

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