反激式開關電源LAYOUT注意要點

開關電源的LAYOUT和普通低壓產品注意點有些不同,主要體現在安規上,其他規則和常用電路差不了太多.

1.安規

為啥要有安規要求呢?主要是產品在使用過程中,正常情況下,電力系統中的電壓波形是正弦波電力系統在運行中由于宙擊，操作，故障或電氣設備的參數配合不當等原因，引起系統中某些部分的電壓突然升高，大大超過其額定電壓，這就是過電壓。

過電壓按其發生的原因可分為兩大類，一類是由于直接雷擊或雷電感應而引起的過電壓，稱為外部過電壓。雷電沖擊電流和沖擊電壓的幅值都很大，而且持續時間很短，破壞性極大。另一類是因為電力系統內部的能量轉換或參數變化引起的，例如切合空載線路，切斷空載變壓器，系統內發生單相弧光接地等，稱為內部過電壓。內部過電壓是確定電力系統中各種電氣設備正常絕緣水平的主要依據。也就是說，產品的絕緣結構的設計不但要考慮額定電壓而且要考慮產品使用環境的內部過電壓。耐壓測試就是檢測產品絕緣結構是否能夠承受電力系統的內部過電壓.

也就是說LAYOUT時要考慮這些因素,不然就過不了耐壓測試,例如北美標準參考:Motor-Operated Appliances (Household and Cominercial: CAN/CSA-C22.2 No68-92

要求:產品的帶電部分與可能接地的非帶電導電體間須施加適當頻率的交流電壓達 1 分鐘。具體測試電壓如下:

(a)額定電壓為 31-250V的設備，測試電壓為 1000 V

(b)額定電壓為251-600的設備，測試電壓為 1000 V+ 兩倍額定電壓

(c)額定電壓為 31~250V，無接地而且可被人體觸及的設備，測試電壓為 2500 V

(d)對于30 伏或以下的低電壓電路，測試電壓為 500 V雙重純緣的產品:

上面只是舉個例子,說明安規是一定要注意的,如果產品出口地不同,對應的標準不同,安規要求也有些不一樣.

對于LAYOUT,安規主要體現在電氣間隙和爬電距離.兩個名詞在前一文中已經說明

1)電氣間隙:

根據測量的工作電壓及絕緣等級，查表（ 4943：2H 和2J 和2K，60065-2001表：表8 和表9 和表10） 檢索所需的電氣間隙即可決定距離；作為電氣間隙替代的方法，4943 使用附錄G 替換，60065-2001 使用附錄J 替換。
GB 8898-2001：電器間隙考慮的主要因素是工作電壓，查圖9 來確定。（對和電壓有效值在220-250V 范圍內的電網電源導電連接的零部件，這些數值等于354V峰值電壓所對應的那些數值：基本絕緣3.0mm ,加強絕緣6.0mm）

2)爬電距離:

根據工作電壓、絕緣等級及材料組別，查表(GB 4943 為表2L，65-2001 中為表11）確定爬電距離數值，如工作電壓數值在表兩個電壓范圍之間時，需要使用內差法計算其爬電距離。GB 8898-2001 其判定數值等于電氣間隙，如滿足下列三個條件，電氣間隙和爬電距離加強絕緣可減少2mm,基本絕緣可減少1mm：1）這些爬電距離和電氣間隙會受外力而減小，但它們不處在外殼的可觸及導電零部件與危險帶電零部件之間；2）它們靠剛性結構保持不變；3）它們的絕緣特性不會因設備內部產生的灰塵而受到嚴重影響。*注意：但直接與電網電源連接的不同極性的零部件間的絕緣，爬電距離和電氣間隙不允許減小?；窘^緣和附加絕緣即使不滿足爬電距離和電氣間隙的要求，只要短路該絕緣，設備仍滿足標準要求，則是可以接受的（ 8898 中4.3.1 條）。
*GB 4943 中只有功能絕緣的電氣間隙和爬電距離可以減小，但必須滿足標準5.3.4 規定的高壓或短路試驗。

如果覺得麻煩,前人已經總結出了經驗如下表:

然后我司的要求是:

最小電氣距離：強電之間、強電與弱電之間兩點最短的距離都要求不小于3mm（功能性絕緣不小于2mm）。

最小爬電距離：強電之間、強電與弱電之間爬電距離都要求不小于4mm（功能性絕緣不小于2mm）。

所以電氣間隙能按3mm就按3mm,有的元件腳間距為2mm,最小按2mm,爬電距離按4mm.

2.幾個回路:次級回路,次級回路,輔助回路,反饋回路,泄放回路.

當然零火線到初級變器間,需要按原理圖元件的先后順序進行走線,比如下圖:

這里主要是需要先經過壓敏電阻,再經過共模電感,看似是彎道走子,實則完全有必要.

1)初級回路,即變壓器的初級回路,回路越小,產生EMI越小,另外產品本身是大電流產品,回路越小,產生的損耗越小.

如圖,半透明方框為散熱器,在現有條件下已經是最小回路了.

2)次級回路:因為輸出電流達12A,所以采用子雙路輸出,底層兩個輸出容不能連在一起,應經過濾波后,再在頂層連在一起,這樣電容才有濾波效果,電流就像水流,有阻礙的地方,它都會繞過去,之前做200W的一款電源時紋波大,也是電容位置放得不對導致的,改成先經過電容后,就好了.

3)輔助回路

4)反饋回路:反饋回路要遠離干擾源,走線包地,盡量短.

5)泄放回路:如下圖示,基本最小回路走線.

有人會問,底層不是高壓嗎?頂層走線下面還走子底層呢?板厚一般是1.6mm,不滿足電氣間隙和爬電距離啊?

這里要說明下,電氣間隙和爬電距離都是空間上的,中間沒有絕緣物的!看下圖應該就很清楚了.

那么到底強電雙面板能不能交叉走線呢?網上可以查到各種FR-4的材質報告,如下圖,只是截取了其中的一種,百度百科:平行層向擊穿電壓（于90±2℃變壓器油中）：≥40KV

我還是不放心,于是去立創上問了:

多方證明,FR-4,頂層和底層可以走強電的.我想說的是,就算沒找到問題本源,一定要找到問題的奇點,這個奇點就是保證不會出問題的點,墨非定理說,有多種辦法去解決問題,如果其中有一種辦法會出問題,那么一定會有人選擇這種方法.我說,如果研發過程中存在疑點,那么這個疑點一定會在后面的過程出現,你絕對逃不過!