资深工程师:64个开关电源设计必须掌握的技巧(二)

38.变压器铜箔屏蔽主要针对传导,线屏蔽主要针对辐射,当传导非常好的时候,有可能你的辐射会差,这个时候把变压器的铜箔屏蔽改成线屏蔽,尽量压低30M下降的位置,这样整改辐射会快很多。

EMI整改技巧之一

39.测试辐射的时候,多带点不同品牌的MOS、肖特基。有的时候只差2、3dB的时候换一个不同品牌会有惊喜。

EMI整改技巧之二

40.VCC上的整流二极管,这个对辐射影响也是很大的。

一个惨痛案例,一款过了EMI的产品,余量都有4dB以上,量产很多次了,其中有一次量产抽检EMI发现辐射超1dB左右,不良率有50%,经过层层排查、一个个元件对换。最终发现是VCC上的整流二极管引发的问题,更换之前的管子(留低样品),余量有4dB。对不良管子分析,发现管子内部供应商做了镜像处理。

41.一个冷知识,如何测量PCB的铜箔厚度?

方法:在PCB板上找一条光滑且长的线条,测量其长度L,再测宽度W,再用DC源加1A电流在其两端测得压降U

依据电阻率公式得出以下公式:

“”

例:取一段PCB铜箔,长度L为40mm,宽度为10mm,其通过1A电流两端压降为0.005V,求该段铜箔厚度为多少um?

“”

42.一款36W适配器的EMI整改案例,输出12V/3A,多图对比,整改花费时间3周。

变压器绕法一:Np1→VCC→Ns1→Ns2→铜屏蔽0.9Ts→Np2

PCB关键布局:Y电容地→大电容地,变压器地→Vcc电容→大电容地

注:变压器所有出线没有交叉

“图一(115Vac)”
图一(115Vac)

图一所示可以看到,130-200M处情况并不乐观;

130-200M主要原因在于PCB布局问题和二次侧的肖特基回路,改其它地方作用不大,肖特基套磁珠可以完全压下来,图忘记保存了。

为了节约成本,公司并不让我这样做,因为套磁珠影响了成本,当即NG掉此PCB布局,采用图一a方式PCB关键布局走线。

变压器绕法不变:Np1→VCC→Ns1→Ns2→铜屏蔽0.9Ts→Np2

PCB关键布局:Y电容地→变压器地→大电容地

注:变压器内部的初级出线及次级出线有交叉

“图一a
图一a (115Vac)

图一a可以看出,改变PCB布局后130M-200M已经完全被衰减,但是30-130M没有图一效果好,可能变压器出线无交叉好一些。仔细观察,此IC具有抖频功能,传导部分频段削掉了一些尖峰;

“图一b(230Vac)”
图一b(230Vac)

图一b可以看到,输入电压在230Vac测试时,65M和83M位置有点顶线(红色线)

“图一b-1(230Vac)”
图一b-1(230Vac)

原边吸收电容由471P加大到102P,65M位置压下来一点,后面还是有点高,如图一b-1所示;

“图一b-2(230Vac)”
图一b-2(230Vac)

变压器屏蔽改成线屏蔽(0.2*1*30Ts),后面完全衰减,如图一b-2;

“图一b-3(115Vac)”
图一b-3(115Vac)

115Vac输入测试,后面150M又超了,发克!高压好了低压又不行,恼火啊!看来这招不行;

“图一b-4(115Vac)”
图一b-4(115Vac)

变压器屏蔽还是换成铜箔屏蔽(圈数由0.9Ts改成1.3Ts),效果不错,如图一b-4所示。

“图一b-5(230Vac)”
图一b-5(230Vac)

115Vac输入测试,测试通过。

结论:

一:变压器出线需做到不交叉;

二:Y电容回路走线越短越好先经过变压器地再回到大电容地,不与其它信号线交叉;

43.一款48W(36V/1.33A)整改EMI案例,仅仅是调整了肖特基吸收就把30-40M压下来。

“115Vac低压30M红色顶线”
115Vac低压30M红色顶线

“230Vac高压30M红色也顶线”
230Vac高压30M红色也顶线

调整肖特基吸收后:

“115Vac低压,走势图非常漂亮”
115Vac低压,走势图非常漂亮

“”
230Vac高压,走势图非常漂亮

44.安规距离一览表。

“”

“”

45.刚入门使用CAD、PADS上容易遇到的问题。

a..PADS画好的PCB导出为DXF文件,CAD打开后是由双线组成的空心线段,如图:

“”

刚开始不会时,是用L命令一根一根的描,狂汗 。。

使用多次后,解决方法是使用X命令就可以变成单根线

b..CAD图档线框转PADS做PCB外框图方法:

step1.在CAD里面刪掉沒有的线,只剩下板框,其它线也可以不删。

step2.在键盘上敲PE,回车,鼠标点中其中一边,再敲Y,回车,再敲J,回车,拖动鼠标把整个板框选中,回车,按Esc键退出此模式。

step3.比例调整,SC 按空格,选取整个板框,按空格,任意地方单击鼠标一下, 比例: 39.37 ,按空格。

46.在画PCB定义变压器脚位时,要考虑到变压器的进线和出线是否会交叉,因为各绕组之间的绕线在边界处存在有45-90度的交叉,需在交叉出线处加一个套管到pin脚。

“”

47.PCB的热点区域一定要远离输入、输出端子,防止噪声源串到线上导致EMI变差,在不得已而为之时,可增加地线或其它屏蔽方式进行隔离,如下图增加了一条地线进行有效隔离。

“”

需注意这条地线的安全距离。

48.驱动电阻尽量靠近MOS、电流采样的电阻尽量靠近芯片,避免产生其它看不到的后果。

PCB布局铁律

49.分享一个辐射整改案例,一个长条形散热片有2个脚,2只脚都接地,辐射硬是整不过,后来把其中一只脚悬空,辐射频段变好。后面分析原因是2只脚接地会产生磁场回路。

这个整改花了很多钱

50.配有风扇的电源,PCB布局要考虑风路。

一定要让风跑出去

51.棒型电感两条腿之间,切记,切记,切记,禁止走弱信号走线,否则发生的意外你都找不到原因。

切记,以前在这上面吃了大亏

52.变压器磁芯形状选用小结

a..EE,EI,EF,EEL类,常用来制作中小功率的变压器,成本低,工艺简单

b..EFD,EPC类,常用来制作对高度有限制的产品,适合做中小功率类

c..EER,ERL,ETD类,常用来制作大中型功率的变压器,特别适合用来制作多路输出的大功率主变压器,且变压器漏感较小,比较容易符合安规

d..PQ,EQ,LP类,该磁芯的中间柱较一般的磁芯要大,产品漏感较小,适合做小体积大功率的变压器,输出组数不能过多

e..RM,POT类,常用来制作通讯类或中小功率高频变压器,本身的磁屏蔽很好,容易满足EMC特性

f..EDR类,一般常用于LED驱动,产品厚度要求薄,变压器制做工艺复杂

53.某些元器件或导线之间可能有较高电位差,应加大它们之间的距离,以免放电引出意外短路。

如反激一次侧的高压MOS的D、S之间距离,依据公式500V对应0.85mm,DS电压在700V以下是0.9mm,考虑到污染和潮湿,一般取1.2mm

54.如果TO220封装的MOS的D脚串了磁珠,需要考虑T脚增加安全距离。

之前碰到过炸机现象,增加安全距离后解决了,因为磁珠容易沾上残留物

55.发一个验证VCC的土方法,把产品放低温环境(冰箱)几分钟,测试VCC波形电压有没有触发到芯片欠压保护点。

小公司设备没那么全,有兴趣的可以做个对比,看看VCC差异有多大

关于VCC圈数的设计需要考虑很多因素

56.在变压器底部PCB加通风孔,有利于散热,小板也一样,要考虑风路。

在安规认证,变压器温度超了2度左右时,可以用这个方法

57.跳线旁边有高压元件时,应要保持安全距离,特别是容易活动或歪斜的元件。

保证产品量产时的稳定性

58.输出大电解底部不得已要走跳线时,跳线应是低压或是地线,为防止过波峰焊烫伤电容,一般加套管。

设计的时候尽量避免电容底部走跳线,因为增加成本和隐患

59.高频开关管平贴PCB时,PCB另一面不要放芯片等敏感器件。

理由:开关管工作时容易干扰到背部的芯片,造成系统不稳定,其它高频器件同理

60.输出的DC线在PCB设计时,要设计成长短一至,焊盘孔间隔要小。

理由:SR的尾部留长是一样长的,当两个焊盘孔间隔太远时,会造成不方便生产焊接

61.MOS管、变压器远离AC端,改善EMI传导。

理由:高频信号会通过AC端耦合出去,从而噪声源被EMI设备检测到引起EMI问题

62.驱动电阻应靠近MOS管。

理由:增加抗干扰能力,提升系统稳定性

63.一个恒压恒流带转灯的PCB设计走线方法和一个失败案例。

PCB设计走线方法请看图:

“”

(a) 地线的Layout原则

如(1)(2)(3)绿线所示,R11的地和R14的地连接到芯片的地,再连接到EC4电解电容的地。注意不可连到变压器的地,因为变压器次级A->D3->EC4->次级B形成功率环,如果ME4312芯片的地接到次级B线到EC4电容之间,受到较强的di/dt干扰会导致系统的不稳定等因素。

失败案例:

“”

造成的问题:转灯时红灯绿灯一起亮,并且红灯绿交替闪烁。

整改措施:

通过断开PCB铜箔使用一根导线连到输出电容地,隔开ME4312B芯片地,如下图:

“”

通过以上处理,灯闪问题已经解决,测试结果如下:

CV15V 1.043A

CV14V 1.043A

CV13V 1.043A

CV12V 1.043A

CV11V 1.043A

CV10V 1.043A

CV9V 1.043A

CV8.5V 1.043A

CV8V VCC欠压保护

0-94mA转绿灯 96mA以上转红灯

转灯比例 94/1043=9%,转灯比例可以控制在3-12%

64.一个最近贴片电容涨价的应对小技巧,贴片电容都预留一个插件位置,或104都改为224P,这样相对便宜很多。

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