開關電源設計入門必須注意的細節你真的都知道嗎

一、開關電源設計細節

1、變壓器圖紙、PCB、原理圖這三者的變壓器飛線位號需一致。

理由：安規認證要求。這是很多工程師在申請安規認證提交資料時會犯的一個毛病。

2、X電容的泄放電阻需放兩組。

理由：UL62368、CCC認證要求斷開一組電阻再測試X電容的殘留電壓。很多新手會犯的一個錯誤，修正的辦法只能重新改PCB Layout，浪費自己和采購打樣的時間。

3、變壓器飛線的PCB孔徑需考慮到最大飛線直徑，必要是預留兩組一大一小的PCB孔。

理由：避免組裝困難或過爐空焊問題。

因為安規申請認證通常會有一個系列，比如說24W申請一個系列，其中包含4.2V-36V電壓段，輸出低壓4.2V大電流和高壓36V小電流的飛線線徑是不一樣的。

多根飛線直徑計算參考如下表格：

4、輸出的DC線材的PCB孔徑需考慮到最大線材直徑。

理由：避免組裝困難。

因為你的PCB可能會用在不同電流段上，比如5V/8A，和20V/2A，兩者使用的線材是不一樣的。參考如下表格：

5、電路調試，OCP限流電阻多個并聯的阻值要設計成一樣。

理由：阻值越大的那顆電阻承受的功率越大6、電路設計，散熱片引腳的孔做成長方形橢圓形(經驗值：2*1mm)。

理由：避免組裝困難。橢圓形的孔方便散熱器有個移動的空間，這對組裝和過爐是非常有利的。

7、電路調試，異常測試時，輸出電壓或OVP設計要小于60Vac(Vpk)/42.4Vdc(Vrms)。

理由：安規要求。這個新手比較容易忽略，所以申請認證的產品一定要做OVP測試，抓輸出瞬間波形。

8、電路設計，電解電容的防爆孔距離大于2mm，臥式彎腳留1.5mm。

理由：品質提升。

一般正規公司都有這個要求，防爆孔的問題日本比較重視，特殊情況除外。

9、電路調試，輸出有LC濾波的電路需要老化確認紋波，如果紋波異常請調整環路。

理由：驗證產品穩定性。 這個很重要，我之前經常碰到這個問題，產線老化后測試紋波會變高，現象是環路震蕩。

10、電路調試，二極管并聯時，應該測試一顆二極管故障開路時，產生的異常(包括TO-220 里的兩顆二極管)。

理由：品質提升。 小公司一般都不會做這個動作的，一款優秀的產品是要經得起任何考驗的。

11、電路設計，如果PCB空間充裕，請設計成通殺所有安規標準。

理由：減少PCB修改次數。

如果你某一產品是符合UL60335標準，哪天客戶希望滿足UL1310，這時你又得改PCB Layout拿去安規報備了，如果你畫的板符合各類標準，后面的工作會輕松很多。

12、電路設計，設計變壓器時，VCC電壓在輕載電壓要大于IC的欠壓關斷電壓值。

判斷空載VCC電壓需大于芯片關斷電壓的5V左右，同時確認滿載時不能大于芯片過壓保護值。

13、電路設計，設計共用變壓器需考慮到使用最大輸出電壓時的VCC電壓，低溫時VCC有稍微NOSIE會碰觸OVP動作。 如果你的產品9V-15V是共用一個變壓器，請確認VCC電壓和功率管耐壓。

14、電路調試，Rcs與Ccs值不能過大，否則會造成VDS超過最大耐壓炸機。

LEB前沿消隱時間設短了，比尖峰脈沖的時間還短，那就沒有效果了還是會誤判；如果設長了，真正的過流來了起不到保護的作用。

Rcs與Ccs的RC值不可超過1NS的Delay，否則輸出短路時，Vds會比滿載時還高，超過MOSFET最大耐壓就可能造成炸機。 經驗值1nS的Delay約等于1K對100PF，也等于100R對102PF。

15、畫小板時，在小板引腳的90度拐角處增加一個圓形鉆孔。理由：方便組裝。 如圖：

實物如圖：

實際組裝如圖：

這樣做可以使小板與PCB大板之間緊密貼合，不會有浮高現象。

16、電路設計，肖特基的散熱片可以接到輸出正極線路，這樣鐵封的肖特基就不用絕緣墊和絕緣粒。

17、電路調試，輸出濾波電容的耐壓致少需符合1.2倍余量，避勉量產有損壞現象。

之前是犯了這個很低級的錯誤，14.5V輸出用16V耐壓電容，量產有1%的電容失效不良。

18、電路設計，大電容或其它電容做成臥式時，底部如有跳線需放在負極電位，這樣跳線可以不用穿套管。 這個可以節省成本。

19、整流橋堆、二極管或肖特基，晶元大小元件承認書或在BOM表要有描述，如67mil。

理由：管控供應商送貨一至性，避免供應商偷工減料，影響產品效率。

另人煩腦的就是供應商做手腳，導致一整批試產的產品過不了六級能效，原因就是肖特基內部晶元用小導致。

20、電路設計，啟動電阻如果使用在整流前時，要加串一顆幾百K的電阻。

理由：電阻短路時，不會造成IC和MOSFET損壞。

21、電路設計，高壓大電容并一顆103P瓷片電容位置。

理由：對幅射30-60MHz都有一定的作用。 空間允許的話PCB Layout留一個位置吧，方便EMI整改。

22、在進行EMS項目測試時，需測試出產品的最大程序，直到產品損壞為止。

例如ESD 雷擊等，一定要打到產品損壞為止，并做好相關記錄，看產品余量有多少，做到心中有數。

23、電路設計，異常測試時，短路開路某個元件如果還有輸出電壓則要進行LPS測試，過流點不能超過8A。

超過8A是不能申請LPS的。

24、安規開殼樣機，所有可選插件元件要裝上供拍照用，L、N線和DC線與PCB要點白膠固定。

這個是經常犯的一個毛病，經常一股勁的把樣品送到第三方機構，后面來來回回改來改去的。

25、電路調試，冷機時PSR需1.15倍電流能開機，SSR需1.3倍電流能開機，避免老化后啟動不良。

PSR現在很多芯片都可以實現“零恢復”OCP電流。

26、電路設計，請注意使用的Y電容總容量，不能超過222P，因為有漏電流的影響。

針對不同安規，漏電流要求也不一樣，在設計時需特別留意。

27、反激拓補結構，變壓器B值需小于3500高斯，如果變壓器飽和一切動作將會失控，如下，上圖為正常，下圖為飽和。

變壓器的磁飽和一定要確認，重重之重，這是首條安全性能保障，包括過流點的磁飽和、開機瞬間的磁飽和、輸出短路的磁飽和、高溫下的磁飽和、高低壓的磁飽和。

28、結構設計，散熱片使用螺絲固定參考以下表格設計，實際應用中應增加0.5-1mm余量，參考如下表格：

BOM表上寫的螺絲規格一定要對，不然量產時會讓你難受。

29、結構設計，AC PIN焊線材的需使用勾焊，如果不是則要點白膠固定。

理由：安規要求。經常被第三方機構退回樣品，整改30、傳導整改，分段處理經驗，如下圖，這只是處理的一種方法，有些情況并不是能直接套用。

31、關于PCB碰到的問題，如圖，為什么99SE畫板覆銅填充的時候填不滿這個位置？像是有死銅一樣。

D1這個元件有個文字描述的屬性放在了頂層銅箔，如圖：

把它放到頂層絲印后，完美解決。

32、變壓器銅箔屏蔽主要針對傳導，線屏蔽主要針對輻射，當傳導非常好的時候，有可能你的輻射會差，這個時候把變壓器的銅箔屏蔽改成線屏蔽，盡量壓低30M下降的位置，這樣整改輻射會快很多。

EMI整改技巧之一。

33、測試輻射的時候，多帶點不同品牌的MOS、肖特基。有的時候只差2、3dB的時候換一個不同品牌會有驚喜。

EMI整改技巧之二。

34、VCC上的整流二極管，這個對輻射影響也是很大的。

一個慘痛案例，一款過了EMI的產品，余量都有4dB以上，量產很多次了，其中有一次量產抽檢EMI發現輻射超1dB左右，不良率有50%，經過層層排查、一個個元件對換。最終發現是VCC上的整流二極管引發的問題，更換之前的管子（留低樣品），余量有4dB。對不良管子分析，發現管子內部供應商做了鏡像處理。

35、一個冷知識，如何測量PCB的銅箔厚度？

方法：在PCB板上找一條光滑且長的線條，測量其長度L，再測寬度W，再用DC源加1A電流在其兩端測得壓降U。

依據電阻率公式得出以下公式：

例：取一段PCB銅箔，長度L為40mm，寬度為10mm，其通過1A電流兩端壓降為0.005V，求該段銅箔厚度為多少um？

36、一款36W適配器的EMI整改案例，輸出12V/3A，多圖對比，整改花費時間3周。

變壓器繞法一：Np1→VCC→Ns1→Ns2→銅屏蔽0.9Ts→Np2

PCB關鍵布局：Y電容地→大電容地，變壓器地→Vcc電容→大電容地

注：變壓器所有出線沒有交叉。

圖一（115Vac）

圖一所示可以看到，130-200M處情況并不樂觀；

130-200M主要原因在于PCB布局問題和二次側的肖特基回路，改其它地方作用不大，肖特基套磁珠可以完全壓下來。

為了節約成本，公司并不讓我這樣做，因為套磁珠影響了成本，當即NG掉此PCB布局，采用圖一a方式PCB關鍵布局走線。

變壓器繞法不變：Np1→VCC→Ns1→Ns2→銅屏蔽0.9Ts→Np2

PCB關鍵布局：Y電容地→變壓器地→大電容地

注：變壓器內部的初級出線及次級出線有交叉。

圖一a可以看出，改變PCB布局后130M-200M已經完全被衰減，但是30-130M沒有圖一效果好，可能變壓器出線無交叉好一些。仔細觀察，此IC具有抖頻功能，傳導部分頻段削掉了一些尖峰；

圖一b可以看到，輸入電壓在230Vac測試時，65M和83M位置有點頂線（紅色線）

原邊吸收電容由471P加大到102P，65M位置壓下來一點，后面還是有點高，如圖一b-1所示；

變壓器屏蔽改成線屏蔽（0.2*1*30Ts），后面完全衰減，如圖一b-2；

115Vac輸入測試，后面150M又超了，高壓好了低壓又不行，惱火??！看來這招不行；

變壓器屏蔽還是換成銅箔屏蔽（圈數由0.9Ts改成1.3Ts），效果不錯，如圖一b-4所示。

115Vac輸入測試，測試通過。

結論：

一、變壓器出線需做到不交叉；

二、Y電容回路走線越短越好先經過變壓器地再回到大電容地，不與其它信號線交叉；

37、一款48W（36V/1.33A）整改EMI案例，僅僅是調整了肖特基吸收就把30-40M壓下來。

調整肖特基吸收后：

38、剛入門使用CAD、PADS上容易遇到的問題。

a、PADS畫好的PCB導出為DXF文件，CAD打開后是由雙線組成的空心線段，如圖：

剛開始不會時，是用L命令一根一根的描。使用多次后，解決方法是使用X命令就可以變成單根線。

b、CAD圖檔線框轉PADS做PCB外框圖方法：

step1、在CAD里面刪掉沒有的線，只剩下板框，其它線也可以不刪。

step2、在鍵盤上敲PE，回車，鼠標點中其中一邊，再敲Y，回車，再敲J，回車，拖動鼠標把整個板框選中，回車，按Esc鍵退出此模式。

step3、比例調整，SC 按空格，選取整個板框，按空格，任意地方單擊鼠標一下, 比例：39.37 ，按空格。

39、在畫PCB定義變壓器腳位時，要考慮到變壓器的進線和出線是否會交叉，因為各繞組之間的繞線在邊界處存在有45-90度的交叉，需在交叉出線處加一個套管到pin腳。

40、PCB的熱點區域一定要遠離輸入、輸出端子，防止噪聲源串到線上導致EMI變差，在不得已而為之時，可增加地線或其它屏蔽方式進行隔離，如下圖增加了一條地線進行有效隔離。

需注意這條地線的安全距離。

41、驅動電阻盡量靠近MOS、電流采樣的電阻盡量靠近芯片，避免產生其它看不到的后果。

PCB布局鐵律。

42、分享一個輻射整改案例，一個長條形散熱片有2個腳，2只腳都接地，輻射硬是整不過，后來把其中一只腳懸空，輻射頻段變好。后面分析原因是2只腳接地會產生磁場回路。

43、配有風扇的電源，PCB布局要考慮風路。

一定要讓風跑出去。

44、棒型電感兩條腿之間，切記，切記，切記，禁止走弱信號走線，否則發生的意外你都找不到原因。

45、變壓器磁芯形狀選用小結。

a、EE，EI，EF，EEL類，常用來制作中小功率的變壓器，成本低，工藝簡單。

b、EFD，EPC類，常用來制作對高度有限制的產品，適合做中小功率類。

c、EER，ERL，ETD類，常用來制作大中型功率的變壓器，特別適合用來制作多路輸出的大功率主變壓器，且變壓器漏感較小，比較容易符合安規。

d、PQ，EQ，LP類，該磁芯的中間柱較一般的磁芯要大，產品漏感較小，適合做小體積大功率的變壓器，輸出組數不能過多。

e、RM，POT類，常用來制作通訊類或中小功率高頻變壓器，本身的磁屏蔽很好，容易滿足EMC特性。

f、EDR類，一般常用于LED驅動，產品厚度要求薄，變壓器制做工藝復雜。

46、某些元器件或導線之間可能有較高電位差，應加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。

如反激一次側的高壓MOS的D、S之間距離，依據公式500V對應0.85mm，DS電壓在700V以下是0.9mm，考慮到污染和潮濕，一般取1.2mm。

47、如果TO220封裝的MOS的D腳串了磁珠，需要考慮T腳增加安全距離。 之前碰到過炸機現象，增加安全距離后解決了，因為磁珠容易沾上殘留物。

48、發一個驗證VCC的土方法，把產品放低溫環境（冰箱）幾分鐘，測試VCC波形電壓有沒有觸發到芯片欠壓保護點。 小公司設備沒那么全，有興趣的可以做個對比，看看VCC差異有多大。關于VCC圈數的設計需要考慮很多因素。

49、在變壓器底部PCB加通風孔，有利于散熱，小板也一樣，要考慮風路。

在安規認證，變壓器溫度超了2度左右時，可以用這個方法。

50、跳線旁邊有高壓元件時，應要保持安全距離，特別是容易活動或歪斜的元件。

保證產品量產時的穩定性。

51、輸出大電解底部不得已要走跳線時，跳線應是低壓或是地線，為防止過波峰焊燙傷電容，一般加套管。

設計的時候盡量避免電容底部走跳線，因為增加成本和隱患。

52、高頻開關管平貼PCB時，PCB另一面不要放芯片等敏感器件。

理由：開關管工作時容易干擾到背部的芯片，造成系統不穩定，其它高頻器件同理。

53、輸出的DC線在PCB設計時，要設計成長短一至，焊盤孔間隔要小。

理由：SR的尾部留長是一樣長的，當兩個焊盤孔間隔太遠時，會造成不方便生產焊接。

54、MOS管、變壓器遠離AC端，改善EMI傳導。

理由：高頻信號會通過AC端耦合出去，從而噪聲源被EMI設備檢測到引起EMI問題。

55、驅動電阻應靠近MOS管。

理由：增加抗干擾能力，提升系統穩定性。