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探討開關(guān)電源的合理設(shè)計技術(shù)

作者: 時間:2013-08-09 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

4 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行解決,其方法有好多種。

a 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。

b 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。

c 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。一般可采用細長條鍍錫寬度在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,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。

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。

5 鋁基板及多層印制板在中的應(yīng)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(dǎo)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路板材料、由銅箔、導(dǎo)熱絕緣層及金屬基板組成,它的結(jié)構(gòu)分三層:

Cireuitl.Layer線路層:相當(dāng)于普通PCB的覆銅板,線路銅箔厚度loz至10oz。

DielcctricLayer絕緣層:絕緣層是一層低熱阻導(dǎo)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(tǒng)的環(huán)氧玻璃布層壓板等,目前市場上主流的是福斯萊特鋁基板。電路層(即銅箔)通常經(jīng)過蝕刻形成印刷電路,使組件的各個部件相互連接,一般情況下,電路層要求具有很大的載流能力,從而應(yīng)使用較厚的銅箔,厚度一般35μm~280μm;導(dǎo)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(gòu)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(yīng)力。該公司生產(chǎn)的高性能鋁基板的導(dǎo)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(dǎo)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(gòu)件,要求具有高導(dǎo)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(dǎo)熱性),適合于鉆孔、沖剪及切割等常規(guī)機械加工。

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。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。

6 反激電源反射電壓還有一個確定因素

軍用的反射電壓還與一個參數(shù)有關(guān),那就是輸出電壓,輸出電壓越低則變壓器匝數(shù)比越大,變壓器漏感越大,開關(guān)管承受電壓越高,有可能擊穿開關(guān)管、吸收電 路消耗越大,有可能使吸收回路功率器件永久失效。在設(shè)計低壓輸出小功率反激電源的優(yōu)化過程中必須小心處理,其 處理方法有幾個:

a 采用大一個功率等級的磁芯降低漏感,這樣可提高低壓反激電源的轉(zhuǎn)換效率,降低損耗,減小輸出紋波,提高多路輸出電源的交差調(diào)整率,一般常見于家電用開關(guān)電源,如光碟機、DVB機頂盒等。

b 如果條件不允許加大磁芯,只能降低反射電壓,減小占空比。降低反射電壓可減小漏感但 有可能使電源轉(zhuǎn)換效率降低,這兩者是一個矛盾,必須要有一個替代過程才能找到一個合適的點,在變壓器替代實驗過程中,可以檢測變壓器原邊的反峰電壓,盡量 降低反峰電壓脈沖的寬度,和幅度,可增加變換器的工作安全裕度。一般反射電壓在110V時比較合適。

c 增強耦合,降低損耗,采用新的技術(shù),和繞線工藝,變壓器為滿足安全規(guī)范會在原邊和副 邊間采取絕緣措施,如墊絕緣膠帶、加絕緣端空膠帶。這些將影響變壓器漏感性能,現(xiàn)實生產(chǎn)中可采用初級繞組包繞次級的繞法。或者次級用三重絕緣線繞制,取消 初次級間的絕緣物,可以增強耦合,甚至可采用寬銅皮繞制。

反激電源變壓器磁芯在工作在單向磁化狀態(tài),所以磁路需要開氣隙,類似于脈動直流電感器。部分磁路通過空氣縫隙耦合。為什么開氣隙的原理本人理解為:由于功 率鐵氧體也具有近似于矩形的工作特性曲線(磁滯回線),在工作特性曲線上Y軸表示磁感應(yīng)強度(B),現(xiàn)在的生產(chǎn)工藝一般飽和點在400mT以上,一般此值 在設(shè)計中取值應(yīng)該在200-300mT比較合適、X軸表示磁場強度(H)此值與磁化電流強度成比例關(guān)系。磁路開氣隙相當(dāng)于把磁體磁滯回線向X 軸向傾斜,在同樣的磁感應(yīng)強度下,可承受更大的磁化電流,則相當(dāng)于磁心儲存更多的能量,此能量在開關(guān)管截止時通過變壓器次級瀉放到負載電路,反激電源磁芯 開氣隙有兩個作用。

反激電源的變壓器工作在單向磁化狀態(tài),不僅要通過磁耦合傳遞能量,還擔(dān)負電壓變換輸入輸出隔離的多重作用。所以氣隙的處理需要非常小心,氣隙太大可使漏感 變大,磁滯損耗增加,鐵損、銅損增大,影響電源的整機性能。氣隙太小有可能使變壓器磁芯飽和,導(dǎo)致電源損壞。

所謂反激電源的連續(xù)與斷續(xù)模式是指變壓器的工作狀態(tài),在滿載狀態(tài)變壓器工作于能量完全傳遞,或不完全傳遞的工作模式。一般要根據(jù)工作環(huán)境進行設(shè)計,常規(guī)反 激電源應(yīng)該工作在連續(xù)模式,這樣開關(guān)管、線路的損耗都比較小,而且可以減輕輸入輸出電容的工作應(yīng)力,但是這也有一些例外。由于制造工藝特點,高反壓二極管,反向恢復(fù)時間長,速度低,在電流連續(xù)狀態(tài),二極管是在有正向偏壓時恢復(fù),反向恢復(fù)時的能量損耗非常大,不利于 變換器性能的提高,輕則降低轉(zhuǎn)換效率,整流管嚴重發(fā)熱,重則甚至燒毀整流管。由于在斷續(xù)模式下,二極管是在零偏壓情況下反向偏置,損耗可以降到一個比較低的水平。

反激開關(guān)電源變壓器應(yīng)工作在連續(xù)模式,那就要求比較大的繞組電感量,當(dāng)然連續(xù)也是有一定程度的,過分追求絕對連續(xù)是不現(xiàn)實的,有可能需要很大的磁芯,非常 多的線圈匝數(shù),同時伴隨著大的漏感和分布電容,可能得不償失。那么如何確定這個參數(shù)呢,通過多次實踐,及分析同行的設(shè)計,本人認為,在標(biāo)稱電壓輸入時,輸出達到50%~60%變壓器從斷續(xù),過渡到連續(xù)狀態(tài)比較合適。


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關(guān)鍵詞: 開關(guān)電源 功率 DC-DC

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