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【 DigiKey DIY原創(chuàng)大賽】基于反激式開(kāi)關(guān)電源的手機(jī)充電器設(shè)計(jì)(二)PCB Layout篇

大家好,我是磚一談芯。

非常高興能夠參加電源網(wǎng)的DIY設(shè)計(jì)大賽,也很榮幸能夠在電源網(wǎng)和得捷電子兩個(gè)大平臺(tái)上展示自己的處女作。

我今天給大家?guī)?lái)的項(xiàng)目是一款基于反激式開(kāi)關(guān)電源的手機(jī)充電器設(shè)計(jì)。

接下來(lái)的幾天,我會(huì)以一個(gè)系列進(jìn)行更新,分別從原理圖設(shè)計(jì),元器件選型,PCB Layout,高頻變壓器的計(jì)算,以及調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題點(diǎn)進(jìn)行分享。

這是本系列的第二期,本期主要講解反激開(kāi)關(guān)電源PCB Layout原則和實(shí)操,歡迎各位看官批評(píng)指正!

第一期請(qǐng)看官點(diǎn)擊藍(lán)字部分:【 DigiKey DIY原創(chuàng)大賽】基于反激式開(kāi)關(guān)電源的手機(jī)充電器設(shè)計(jì)(一)原理圖設(shè)計(jì)和器件選型篇-電源網(wǎng)

前言

畫PCB前學(xué)會(huì)閱讀芯片手冊(cè)給出的PCB layout規(guī)則。一個(gè)高效的PCB布局對(duì)于穩(wěn)定運(yùn)行、良好的EMI性能和良好的熱性能至關(guān)重要。

(1)最小化功率級(jí)環(huán)路面積,這樣能獲得更好的EMI性能,包括輸入主回路(C4-T1-U1-R2/R4-C4)、輔助繞組回路(T1-D7-R12-C7-T1)、輸出主回路(T1-D8-C10-T1)和RCD吸收回路(T1-R9 -D6 -R10/C6-T1)。

輸入主回路部分(紅色部分)

輔助供電回路(黃色部分)

輸出回路(綠色部分)

RCD吸收回路(藍(lán)色部分)

 (2)保持輸入回路和控制電路的地分開(kāi),只在C4處連接,否則會(huì)影響IC的工作;

   其實(shí)意思是做好隔離,用變壓器隔離開(kāi)來(lái)。

(3)將控制電路的電容(如反饋引腳FB、輸入過(guò)壓欠壓引腳B/O和VCC)放置在IC附近,可以有效去耦噪聲;

(4)如果有需要的話,在IC附近放置更大的區(qū)域改善熱性能。

 1、布局

1.1輸入和輸出主回路

分析過(guò)程:

從火零線LN過(guò)來(lái)整流橋正極到高壓π型濾波變壓器,必須要從地回去才能形成一個(gè)回路,變壓器才會(huì)有電,芯片啟動(dòng)后整個(gè)電路的原邊才能正常工作。

接著電流來(lái)到芯片,由于內(nèi)部芯片集成MOS管,所以主回路由四腳MOS管漏極到五腳源極,出來(lái)到達(dá)電流檢測(cè)電阻,回到功率地,最終到達(dá)高壓濾波電容C10的主地。

從變壓器副邊出發(fā)到整流二極管和RC吸收部分,隨后到達(dá)電解電容,從USB回到副邊地。

此次項(xiàng)目layout過(guò)程與芯片datasheet規(guī)則一致。

2、布線

PCB走線可以先走主回路部分,然后再走輔助回路部分。

主回路的線寬盡量用1mm線寬,輔助回路用10mil

這樣根據(jù)這個(gè)規(guī)則就可以選擇你需要走多粗的線。

 最終成品

全部回復(fù)(18)
正序查看
倒序查看
2024-11-05 14:29

后面兩期內(nèi)容,請(qǐng)點(diǎn)擊鏈接部分即可觀看!

第三期請(qǐng)點(diǎn)擊=》http://www.e-ticket.cn/bbs/2778031.html

第四期請(qǐng)點(diǎn)擊=》http://www.e-ticket.cn/bbs/2778034.html

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2024-11-07 13:16

分享一下畫PCB遇到的問(wèn)題和對(duì)應(yīng)的解決方案。

問(wèn)題描述:

問(wèn)題1:Net_C8-1走線隔著幾條線,走線不通順

問(wèn)題2:走線發(fā)現(xiàn)變壓器的4腳GND和5腳GND連接在一起,Y電容的兩個(gè)GND也連接在一起,會(huì)導(dǎo)致走線錯(cuò)誤

問(wèn)題分析:

1、由于布局不合理導(dǎo)致;

2、由于原理圖沒(méi)有區(qū)分功率地GND和信號(hào)地SGND

對(duì)策:

問(wèn)題1對(duì)策:在原理圖中加一個(gè)1206的跳線電阻,更新到PCB中,并且給跳線電阻兩個(gè)引腳分配網(wǎng)絡(luò)Net_C8-1,放置在R10左邊,這樣就可以從R9到跳線電阻,再到芯片電容C8。

問(wèn)題2對(duì)策:原理圖中更改GND為信號(hào)地SGND,更新到PCB中,可以避免同一個(gè)名字導(dǎo)致只要是GND就會(huì)連在一起,有效隔開(kāi)功率地和信號(hào)地。

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2024-11-07 13:20

網(wǎng)友反饋我的原理圖畫錯(cuò)了,針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,我寫了下問(wèn)題點(diǎn)和解決方案。

問(wèn)題點(diǎn)描述:

問(wèn)題1:原理圖RCD吸收回路畫錯(cuò),導(dǎo)致PCB畫錯(cuò),由于把電容兩端并聯(lián)到變壓器,容易造成LC諧振,嚴(yán)重影響起機(jī)。

問(wèn)題2:RCD的PCB畫錯(cuò)。

沒(méi)有按照原理圖的元器件的先后順序繪制,導(dǎo)致走線先走R2、C2,然后再走C10,與實(shí)際原理圖RCD吸收回路不同,實(shí)際走線是先經(jīng)過(guò)π型濾波的C10再經(jīng)過(guò)R2、C2,這樣原理圖和實(shí)物不對(duì)應(yīng)。

對(duì)策:

原理圖部分把并聯(lián)到變壓器初級(jí)的電容C2另一端連接電阻R2,避免諧振問(wèn)題,在不改板子的情況下,焊接的時(shí)候在電阻上并聯(lián)電容,可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)RCD效果。

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2024-11-23 22:24

關(guān)于PCB的布局這塊,功率器件(像變壓器、開(kāi)關(guān)管、整流管)需要緊湊布局,縮短大電流的路徑,降低寄生電感的影響;另外散熱部分也是重點(diǎn),開(kāi)關(guān)管可以增加散熱焊盤或者是輔助的散熱片;輸入端和輸出端要注意分開(kāi),防止二者干擾。有高頻線(反饋線)需要用地線進(jìn)行環(huán)繞屏蔽,減小電磁干擾,鋪地完整而且需要多打過(guò)孔,增強(qiáng)散熱與電氣性能。

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2024-11-24 13:12

分享一下近期項(xiàng)目Layout的問(wèn)題點(diǎn)。

一、問(wèn)題點(diǎn)背景

我實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)L和N之間的電氣距離不夠,只有2.4mm,實(shí)際上根據(jù)項(xiàng)目輸入電壓來(lái)說(shuō),輸入電壓220V,屬于150-300V類,L與N爬電距離要求3mm,實(shí)測(cè)不足2.5mm,所以我需要通過(guò)開(kāi)槽來(lái)增加爬電距離。

二、問(wèn)題點(diǎn)解析

1、PCB為什么要進(jìn)行開(kāi)槽處理?

答:在PCB上的強(qiáng)弱電流之間,單獨(dú)使用PCB材料能承受一定的耐壓。 PCB耐壓雖然不低,但長(zhǎng)期使用后會(huì)沾上灰塵和潮氣,因此其耐壓會(huì)顯著降低,這意味著爬電距離減少了。PCB開(kāi)槽后,短距離采用直接空氣隔離,電氣間隙,在一定程度上保證其耐壓。

注:爬電是絕緣子表面被污染和受潮后,絕緣電阻降低,在高壓下產(chǎn)生電流(甚至電?。┑默F(xiàn)象。

2、PCB板爬電距離不夠拉弧會(huì)產(chǎn)生什么問(wèn)題?

(1)絕緣破壞和短路

    當(dāng)PCB板上的爬電距離不夠而產(chǎn)生拉弧時(shí),電弧會(huì)使原本不應(yīng)導(dǎo)通的兩個(gè)導(dǎo)體之間形成暫時(shí)的導(dǎo)電通道。如果這種情況持續(xù)發(fā)生,可能會(huì)導(dǎo)致絕緣材料被逐漸破壞,最終造成永久性短路。這會(huì)使電路中的電流異常增大,損壞相關(guān)的電子元件,如芯片、電阻、電容等。

  (2)電磁干擾(EMI)增加

     拉弧過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電磁輻射,這種電磁輻射會(huì)干擾周圍電路的正常工作。在高頻電路或?qū)﹄姶偶嫒菪裕‥MC)要求高的電路中,這種電磁干擾可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真、誤觸發(fā)等問(wèn)題。例如,在一個(gè)通信電路板上,拉弧產(chǎn)生的電磁干擾可能會(huì)使信號(hào)的傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤,影響通信質(zhì)量。

  (3)局部過(guò)熱

     拉弧會(huì)在局部產(chǎn)生高溫,高溫可能會(huì)損壞PCB板上的銅箔線路和焊點(diǎn),甚至可能引起PCB板的基材燃燒,造成火災(zāi)隱患。特別是在大電流電路或長(zhǎng)時(shí)間工作的電路中,這種局部過(guò)熱問(wèn)題會(huì)更加嚴(yán)重。

  (4)可靠性降低

     出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象意味著PCB板的電氣性能不穩(wěn)定,這會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品的可靠性。在一些對(duì)可靠性要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景,如航空航天、醫(yī)療設(shè)備等,這種由于爬電距離不足導(dǎo)致的拉弧問(wèn)題是絕對(duì)不允許出現(xiàn)的,因?yàn)樗赡軙?huì)導(dǎo)致設(shè)備故障,甚至危及生命安全。

為了避免這些問(wèn)題,在PCB設(shè)計(jì)時(shí),必須根據(jù)電路的工作電壓、環(huán)境條件等因素,合理設(shè)計(jì)爬電距離和電氣間隙。

三、解決方案

如果想通過(guò)開(kāi)槽擴(kuò)大爬電距離,開(kāi)槽要求至少1mm寬,所以我給L和N之間開(kāi)1mm槽,可以畫成圓弧狀的。

開(kāi)槽前,要畫好槽的圖形,選定好開(kāi)槽邊緣

在工具-轉(zhuǎn)換-以選中的元素創(chuàng)建板切割槽

開(kāi)槽后就會(huì)有明顯的溝槽了

3D圖形看的要明顯一點(diǎn)

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2024-11-24 13:20

一、問(wèn)題點(diǎn)分析

經(jīng)過(guò)R9、R10分壓后得到檢測(cè)電壓給到C8濾波后輸出給B/O引腳,但是PCB卻畫成R9、R10分壓后直接給到芯片的B/O腳,并沒(méi)有電容C8濾波,濾波電容起不到濾波效果。其實(shí)是不看原理圖,見(jiàn)到相同引腳就連導(dǎo)致的問(wèn)題。這可能是很多小白都會(huì)犯得一個(gè)錯(cuò)誤,這樣會(huì)導(dǎo)致器件加上去了,打樣回來(lái)波形不對(duì),甚至系統(tǒng)電路不能工作。

二、解決對(duì)策

PCB Layout遵循要學(xué)會(huì)原理圖和PCB保持一致,所以只能按照原理圖更改PCB位置。

在AD中工具欄有一個(gè)Window,可以實(shí)現(xiàn)垂直平鋪。

這樣,原理圖和PCB就能在同一個(gè)窗口出現(xiàn),Ctrl+Shift+X,可以實(shí)現(xiàn)原理圖和PCB交叉選擇模式(交互視圖,原理圖和PCB元件位置映射),器件和線一一對(duì)應(yīng),這樣對(duì)著原理圖畫PCB很方便。

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2024-11-24 14:10

有測(cè)過(guò)EMI嗎?有些線右下角你走了直角,應(yīng)該好像不能直角吧。

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2024-11-24 14:15

功率地是代表GND?

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Spo
LV.1
10
2024-11-24 20:44
@dy-XysSI4VR
有測(cè)過(guò)EMI嗎?有些線右下角你走了直角,應(yīng)該好像不能直角吧。

為啥不能直角?有什么說(shuō)法?

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Spo
LV.1
11
2024-11-24 20:47

這個(gè)如果測(cè)EMI要選哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)?

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2024-11-24 22:17
@dy-XysSI4VR
有測(cè)過(guò)EMI嗎?有些線右下角你走了直角,應(yīng)該好像不能直角吧。

我還沒(méi)測(cè)呢,EMI場(chǎng)地沒(méi)得,等有空可以出去測(cè)測(cè)看。

確實(shí),不該走直角,可能信號(hào)會(huì)反射,謝謝提醒,我來(lái)優(yōu)化一下!

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2024-11-24 22:18
@dy-XysSI4VR
功率地是代表GND?

可以這么認(rèn)為,我主要是和副邊反饋電路的信號(hào)地區(qū)分開(kāi)來(lái),因?yàn)楫婸CB的時(shí)候兩個(gè)交叉到一塊了,導(dǎo)致我畫錯(cuò)了,找了好半天啊??

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2024-11-24 22:19
@Spo
為啥不能直角?有什么說(shuō)法?

主要是信號(hào)經(jīng)過(guò)直角銳角會(huì)反射。

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2024-11-25 12:24

建議在板子用絲印,畫出高壓區(qū)和低壓區(qū)。

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2024-11-25 13:22
@Spo
這個(gè)如果測(cè)EMI要選哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)?

我現(xiàn)在做的屬于信息技術(shù)設(shè)備的發(fā)射要求,所以EMI一般選擇EN55022。

EN55022 標(biāo)準(zhǔn)將設(shè)備分為 A 類和 B 類,B 類設(shè)備主要是指在住宅、商業(yè)和輕工業(yè)環(huán)境中使用的設(shè)備,充電器通常屬于這一類,所以標(biāo)準(zhǔn)是EN55022B。

還有這個(gè)頻段我也查了一下,分享一下,傳導(dǎo)干擾測(cè)量的頻率范圍為 0.15MHz 到 30MHz,輻射干擾測(cè)量的頻率范圍為 30MHz 到 1GHz 。

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2024-11-25 13:29
@zhangshiwei
關(guān)于PCB的布局這塊,功率器件(像變壓器、開(kāi)關(guān)管、整流管)需要緊湊布局,縮短大電流的路徑,降低寄生電感的影響;另外散熱部分也是重點(diǎn),開(kāi)關(guān)管可以增加散熱焊盤或者是輔助的散熱片;輸入端和輸出端要注意分開(kāi),防止二者干擾。有高頻線(反饋線)需要用地線進(jìn)行環(huán)繞屏蔽,減小電磁干擾,鋪地完整而且需要多打過(guò)孔,增強(qiáng)散熱與電氣性能。

感謝大佬,對(duì)我非常有用,這塊還是很值得研究的。

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2024-11-25 17:27
@跬步千里
建議在板子用絲印,畫出高壓區(qū)和低壓區(qū)。

說(shuō)的有道理,下次版本可以優(yōu)化一下哈,謝謝你的建議!

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功率部分 開(kāi)窗散熱會(huì)好些

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