反激式開關電源PCB設計要點！

皇華電子元器件IC供應商 2024-06-04 12:02

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對于開關電源的PCB布局及走線是一個很重要的環節，不是說原理圖是正確的后續的工作就沒有了，其實原理圖設計的完成只能證明電路原理上是正確的，并不能說明按照這個原理圖所設計出的電路板能正常工作，因為PCB合理布局及走線會很大程度上影響電路的正常工作，例如PCB布局不合理，首先會表現出來的就是電路的抗干擾能力差，并且對外輻射能力強。對于走大電流的開關電源而言，PCB布局不合理會造成電路板發熱很嚴重。

所以說PCB布局及走線在開關電源的設計中占據很大一部分。對于走高速信號的PCB板更是如此。對于開關電源的布局走線的規則有很多，大體上可歸結為為大功率元件放在頂層，貼片放在底層；高電壓線以及大電流走線的線寬要達到要求，最好是以敷銅的形式；功率環路和反饋環路要小且兩者最好要有一定間距；元件之間要有一定的間隔，元件到PCB邊緣要有一定的間隔；芯片供電引腳上并聯的電容要盡量靠近芯片電源引腳等等。

以下就本次設計的PCB布局走線的一點建議。

對于反激變換器而言，有幾個點在布局布線的時候需要注意，例如輸入電路部分、變壓器部分、電源芯片部分、反饋環路部分。對于輸入電路部分而言，輸入濾波器元件要布在一個區域且元件之間留有一些間隙，走線盡量走較寬的線或者直接走銅箔。變壓器部分是電磁干擾的一個重要干擾源，盡量讓變壓器靠近整流橋后的儲能電容，同時走線也盡量寬，從儲能電容到變壓器再到主開關管最后在回到儲能電容這個回路要小，敏感線路的走線盡量離這個回路要遠。電源芯片部分的關注點是芯片的電源引腳要并聯一個貼片電容到芯片的地引腳，這個貼片電容的放置位置要靠近芯片的電源管腳，要是由于某些原因不能靠近放置在芯片管腳，也可以放置在芯片電源管腳的背面。

反饋環路部分的布局布線，主要關注的還是走線環路以及與大電流線的間距問題。反饋環路上面走的信號都是重要的信號，這些信號去控制電源管理芯片的輸出PWM波的占空比來調節輸出的穩定。如果反饋環路上的信號受到了干擾，那么勢必會影響輸出的穩定。反饋環路的走線要遠離與變壓器相連的走線，也要遠離主開關管，要是電路板上還有大電流的走線或者高速信號的走線，反饋信號的走線也要遠離這些走線。反饋環路的走線大致可以分為TL431部分的走線以及光耦部分的次級走線，TL431是取出反饋信號，光耦的次級將反饋信號反應到電源管理芯片。其中特別是光耦次級到電源芯片走線的這個環路要小。

圖1 反激電源整體原理圖

圖1開關電源從市電火線L和零線N進來后，有一個電流較大的保險管，如圖1所示。這是因為板子上有其他市電交流負載，如交流電機等，當負載電流過大時，保護電路。該保險管電流參數需要根據實際負載功率計算選擇。保險管后有一個壓敏電阻（如圖2所示），用于抑制浪涌和瞬時尖峰電壓，當其兩端電壓高于其閾值時，壓敏電阻值迅速下降，從而流過大電流，保護后級電路。在壓敏電阻后又有一個電流較小的保險管（如圖2所示），這才是真正針對板子開關電源的過流保護，防止電源電流過大，保護電路。

保險管后的NTC電阻（如圖2所示），用于抑制開機時的浪涌電流，因為剛開機時，NTC溫度較低，電阻值很大，抑制電流過大；當在電流作用下，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X電容(如圖2所示）用于濾除市電的差模干擾，其后的3個電阻主要用于給X電容放電，以符合安規要求，防止在切斷市電輸入時，人手觸摸到金屬端子有觸電感。使用多個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輸入部分電路

圖2輸入電容EC1在行業上有個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該靠近變壓器。

圖3

圖3RCD鉗位電路用于吸收開關管關斷時的Vds高壓，防止損壞MOS管（電源芯片）。Layout時需將電容靠近變壓器，電阻次之，如圖4所示。

圖4

圖4光耦用于反饋輸出電壓，并進行隔離，II型補充設計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GND最好不要和大電流路徑的初級GND共用，以免受到干擾影響導致輸出電壓波動，因此采用單獨拉一根GND地線到EC1的公共地，形成單點接地，如圖5所示。

圖5

圖5并聯于輸出整流二極管兩側的RC阻容吸收回路，用于抑制二極管在高頻通斷情況下產生的EMI，因為二極管在導通瞬間會產生電壓尖峰（電場），在關斷瞬間會產生電壓尖峰和電流尖峰（磁場）。輸出電容EC2和EC3要注意均流設計，如圖6所示，兩個電容的電流路徑是基本等長的，以避免某個電容因過流而提前失效。

圖6

圖6輸出電壓反饋節點需要從末端電容取出，以提高電壓穩定精度，如圖7所示。

圖7

圖8

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