开关电源设计入门必须注意的细节你真的都知道吗

一、开关电源设计细节

1、变压器图纸、PCB、原理图这三者的变压器飞线位号需一致。

理由：安规认证要求。这是很多工程师在申请安规认证提交资料时会犯的一个毛病。

2、X电容的泄放电阻需放两组。

理由：UL62368、CCC认证要求断开一组电阻再测试X电容的残留电压。很多新手会犯的一个错误，修正的办法只能重新改PCB Layout，浪费自己和采购打样的时间。

3、变压器飞线的PCB孔径需考虑到最大飞线直径，必要是预留两组一大一小的PCB孔。

理由：避免组装困难或过炉空焊问题。

因为安规申请认证通常会有一个系列，比如说24W申请一个系列，其中包含4.2V-36V电压段，输出低压4.2V大电流和高压36V小电流的飞线线径是不一样的。

多根飞线直径计算参考如下表格：

4、输出的DC线材的PCB孔径需考虑到最大线材直径。

理由：避免组装困难。

因为你的PCB可能会用在不同电流段上，比如5V/8A，和20V/2A，两者使用的线材是不一样的。参考如下表格：

5、电路调试，OCP限流电阻多个并联的阻值要设计成一样。

理由：阻值越大的那颗电阻承受的功率越大6、电路设计，散热片引脚的孔做成长方形椭圆形(经验值：2*1mm)。

理由：避免组装困难。椭圆形的孔方便散热器有个移动的空间，这对组装和过炉是非常有利的。

7、电路调试，异常测试时，输出电压或OVP设计要小于60Vac(Vpk)/42.4Vdc(Vrms)。

理由：安规要求。这个新手比较容易忽略，所以申请认证的产品一定要做OVP测试，抓输出瞬间波形。

8、电路设计，电解电容的防爆孔距离大于2mm，卧式弯脚留1.5mm。

理由：品质提升。

一般正规公司都有这个要求，防爆孔的问题日本比较重视，特殊情况除外。

9、电路调试，输出有LC滤波的电路需要老化确认纹波，如果纹波异常请调整环路。

理由：验证产品稳定性。 这个很重要，我之前经常碰到这个问题，产线老化后测试纹波会变高，现象是环路震荡。

10、电路调试，二极管并联时，应该测试一颗二极管故障开路时，产生的异常(包括TO-220 里的两颗二极管)。

理由：品质提升。 小公司一般都不会做这个动作的，一款优秀的产品是要经得起任何考验的。

11、电路设计，如果PCB空间充裕，请设计成通杀所有安规标准。

理由：减少PCB修改次数。

如果你某一产品是符合UL60335标准，哪天客户希望满足UL1310，这时你又得改PCB Layout拿去安规报备了，如果你画的板符合各类标准，后面的工作会轻松很多。

12、电路设计，设计变压器时，VCC电压在轻载电压要大于IC的欠压关断电压值。

判断空载VCC电压需大于芯片关断电压的5V左右，同时确认满载时不能大于芯片过压保护值。

13、电路设计，设计共用变压器需考虑到使用最大输出电压时的VCC电压，低温时VCC有稍微NOSIE会碰触OVP动作。 如果你的产品9V-15V是共用一个变压器，请确认VCC电压和功率管耐压。

14、电路调试，Rcs与Ccs值不能过大，否则会造成VDS超过最大耐压炸机。

LEB前沿消隐时间设短了，比尖峰脉冲的时间还短，那就没有效果了还是会误判；如果设长了，真正的过流来了起不到保护的作用。

Rcs与Ccs的RC值不可超过1NS的Delay，否则输出短路时，Vds会比满载时还高，超过MOSFET最大耐压就可能造成炸机。 经验值1nS的Delay约等于1K对100PF，也等于100R对102PF。

15、画小板时，在小板引脚的90度拐角处增加一个圆形钻孔。理由：方便组装。 如图：

实物如图：

实际组装如图：

这样做可以使小板与PCB大板之间紧密贴合，不会有浮高现象。

16、电路设计，肖特基的散热片可以接到输出正极线路，这样铁封的肖特基就不用绝缘垫和绝缘粒。

17、电路调试，输出滤波电容的耐压致少需符合1.2倍余量，避勉量产有损坏现象。

之前是犯了这个很低级的错误，14.5V输出用16V耐压电容，量产有1%的电容失效不良。

18、电路设计，大电容或其它电容做成卧式时，底部如有跳线需放在负极电位，这样跳线可以不用穿套管。 这个可以节省成本。

19、整流桥堆、二极管或肖特基，晶元大小元件承认书或在BOM表要有描述，如67mil。

理由：管控供应商送货一至性，避免供应商偷工减料，影响产品效率。

另人烦脑的就是供应商做手脚，导致一整批试产的产品过不了六级能效，原因就是肖特基内部晶元用小导致。

20、电路设计，启动电阻如果使用在整流前时，要加串一颗几百K的电阻。

理由：电阻短路时，不会造成IC和MOSFET损坏。

21、电路设计，高压大电容并一颗103P瓷片电容位置。

理由：对幅射30-60MHz都有一定的作用。 空间允许的话PCB Layout留一个位置吧，方便EMI整改。

22、在进行EMS项目测试时，需测试出产品的最大程序，直到产品损坏为止。

例如ESD 雷击等，一定要打到产品损坏为止，并做好相关记录，看产品余量有多少，做到心中有数。

23、电路设计，异常测试时，短路开路某个元件如果还有输出电压则要进行LPS测试，过流点不能超过8A。

超过8A是不能申请LPS的。

24、安规开壳样机，所有可选插件元件要装上供拍照用，L、N线和DC线与PCB要点白胶固定。

这个是经常犯的一个毛病，经常一股劲的把样品送到第三方机构，后面来来回回改来改去的。

25、电路调试，冷机时PSR需1.15倍电流能开机，SSR需1.3倍电流能开机，避免老化后启动不良。

PSR现在很多芯片都可以实现“零恢复”OCP电流。

26、电路设计，请注意使用的Y电容总容量，不能超过222P，因为有漏电流的影响。

针对不同安规，漏电流要求也不一样，在设计时需特别留意。

27、反激拓补结构，变压器B值需小于3500高斯，如果变压器饱和一切动作将会失控，如下，上图为正常，下图为饱和。

变压器的磁饱和一定要确认，重重之重，这是首条安全性能保障，包括过流点的磁饱和、开机瞬间的磁饱和、输出短路的磁饱和、高温下的磁饱和、高低压的磁饱和。

28、结构设计，散热片使用螺丝固定参考以下表格设计，实际应用中应增加0.5-1mm余量，参考如下表格：

BOM表上写的螺丝规格一定要对，不然量产时会让你难受。

29、结构设计，AC PIN焊线材的需使用勾焊，如果不是则要点白胶固定。

理由：安规要求。经常被第三方机构退回样品，整改30、传导整改，分段处理经验，如下图，这只是处理的一种方法，有些情况并不是能直接套用。

31、关于PCB碰到的问题，如图，为什么99SE画板覆铜填充的时候填不满这个位置？像是有死铜一样。

D1这个元件有个文字描述的属性放在了顶层铜箔，如图：

把它放到顶层丝印后，完美解决。

32、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。

33、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。

34、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。

35、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？

36、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。

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 （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）

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）

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）

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

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）

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；

37、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230Vac高压，走势图非常漂亮

38、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。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。

39、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。

40、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。

41、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。

42、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。

43、配有风扇的电源，PCB布局要考虑风路。

一定要让风跑出去。

44、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。

45、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。

46、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。

47、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。

48、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。

49、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。

50、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。

51、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。

52、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。

53、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。

54、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。

55、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。