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反激式開(kāi)關(guān)電源PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2022/09/09
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最近工作事情不太順,沒(méi)什么時(shí)間整理輸出文檔,因此就寫(xiě)一下最近工作中經(jīng)常用到的反激電源PCB總結(jié)。關(guān)于變壓器和補(bǔ)償環(huán)路的設(shè)計(jì)原理和方法,可以參考之前的文章。

由于本人并非專(zhuān)門(mén)從事開(kāi)關(guān)電源行業(yè),所分享的內(nèi)容難免有錯(cuò)誤或理解偏差,望專(zhuān)家高手可以針對(duì)錯(cuò)誤和不足加以指點(diǎn)提醒。下面開(kāi)始正文。

反激電源整體原理圖如圖1所示。

 

圖1開(kāi)關(guān)電源從市電火線L和零線N進(jìn)來(lái)后,有一個(gè)電流較大的保險(xiǎn)管,如圖1所示。這是因?yàn)榘遄由嫌衅渌须娊涣髫?fù)載,如交流電機(jī)等,當(dāng)負(fù)載電流過(guò)大時(shí),保護(hù)電路。該保險(xiǎn)管電流參數(shù)需要根據(jù)實(shí)際負(fù)載功率計(jì)算選擇。保險(xiǎn)管后有一個(gè)壓敏電阻(如圖2所示),用于抑制浪涌和瞬時(shí)尖峰電壓,當(dāng)其兩端電壓高于其閾值時(shí),壓敏電阻值迅速下降,從而流過(guò)大電流,保護(hù)后級(jí)電路。在壓敏電阻后又有一個(gè)電流較小的保險(xiǎn)管(如圖2所示),這才是真正針對(duì)板子開(kāi)關(guān)電源的過(guò)流保護(hù),防止電源電流過(guò)大,保護(hù)電路。保險(xiǎn)管后的NTC電阻(如圖2所示),用于抑制開(kāi)機(jī)時(shí)的浪涌電流,因?yàn)閯傞_(kāi)機(jī)時(shí),NTC溫度較低,電阻值很大,抑制電流過(guò)大;當(dāng)在電流作用下,NTC電阻溫度升高,電阻值下降到很小,不影響正常工作電流。安規(guī)X電容(如圖2所示)用于濾除市電的差模干擾,其后的3個(gè)電阻主要用于給X電容放電,以符合安規(guī)要求,防止在切斷市電輸入時(shí),人手觸摸到金屬端子有觸電感。使用多個(gè)電阻的原因是分散承受電壓和功率。共模電感(如圖2所示)用于濾除共模干擾電流。

 

圖2輸入電容EC1在行業(yè)上有個(gè)3uF/W的通用原則,但需要注意的是該功率是輸入功率而非輸出功率,假設(shè)輸出功率12W,效率為80%,則輸入功率為15W,則輸入電容至少為45uF,如圖8所示。由于反激電源演變自Buck-Boost,其輸入回路和輸出回路均是電流不連續(xù)路徑,因此均要控制回路面積越小越好。輸入電容EC1要靠近電源芯片,如圖3所示。同理,輸出整流二極管和輸出電容也應(yīng)該靠近變壓器。

 

圖3RCD鉗位電路用于吸收開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)的Vds高壓,防止損壞MOS管(電源芯片)。Layout時(shí)需將電容靠近變壓器,電阻次之,如圖4所示。

 

圖4光耦用于反饋輸出電壓,并進(jìn)行隔離,II型補(bǔ)充設(shè)計(jì)原理圖參考上述的文章,在此不再贅述。光耦反饋回路的初級(jí)GND最好不要和大電流路徑的初級(jí)GND共用,以免受到干擾影響導(dǎo)致輸出電壓波動(dòng),因此采用單獨(dú)拉一根GND地線到EC1的公共地,形成單點(diǎn)接地,如圖5所示。

 

圖5并聯(lián)于輸出整流二極管兩側(cè)的RC阻容吸收回路,用于抑制二極管在高頻通斷情況下產(chǎn)生的EMI,因?yàn)槎O管在導(dǎo)通瞬間會(huì)產(chǎn)生電壓尖峰(電場(chǎng)),在關(guān)斷瞬間會(huì)產(chǎn)生電壓尖峰和電流尖峰(磁場(chǎng))。輸出電容EC2和EC3要注意均流設(shè)計(jì),如圖6所示,兩個(gè)電容的電流路徑是基本等長(zhǎng)的,以避免某個(gè)電容因過(guò)流而提前失效。

 

圖6輸出電壓反饋節(jié)點(diǎn)需要從末端電容取出,以提高電壓穩(wěn)定精度,如圖7所示。

圖7

 

圖8

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公眾號(hào)“硬核電子”主筆,硬件工程師,從事過(guò)通訊行業(yè)、醫(yī)療器械、消費(fèi)電子、物聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)品的硬件開(kāi)發(fā)相關(guān)工作,也會(huì)寫(xiě)一些簡(jiǎn)單的固件,有記錄工作筆記和讀書(shū)心得的習(xí)慣,力求原創(chuàng),喜歡分享,從而獲得共同的成長(zhǎng)和進(jìn)步。