開關(guān)電源PCB設(shè)計(jì)中的布線方法原則及注意事項(xiàng)
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(jī)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(qiáng)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(jī)械加工。
鋁基板由其本身構(gòu)造,具有以下特點(diǎn):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(shí)比較困難,焊料冷卻過快,容易出現(xiàn)問題現(xiàn)有一個(gè)簡單實(shí)用的方法,將一個(gè)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(shí)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(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,隨著多層線路板在開關(guān)電源電路中應(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?,在下文中,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(shí)副邊截止,變壓器儲能。原邊截止時(shí),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(shí)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(diǎn),在設(shè)計(jì)電路的過程中為達(dá)到最優(yōu)性價(jià)比,可以靈活運(yùn)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(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(jié)構(gòu)簡單,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(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(shí)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(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(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,也是確定漏感的關(guān)鍵因素,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,原則上軍用電源的最大占空比應(yīng)該小于0.5,否則環(huán)路不容易補(bǔ)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。
接著談關(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關(guān)管,如 600V或650V作為交流220V 輸入電源的開關(guān)管,也許與當(dāng)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(dǎo)通損耗及開關(guān)特性,像這種線路反射電壓不能太高,否則為使 開關(guān)管工作在安全范圍內(nèi),吸收電路損耗的功率也是相當(dāng)可觀的。
現(xiàn)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的開關(guān)管。這兩種類型各有優(yōu)缺點(diǎn):
第一類:缺點(diǎn)抗過壓能力弱,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(biāo)高,開關(guān)管損耗小,轉(zhuǎn)換效率不一定比第二類低。
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