资深工程师：开关电源设计必须注意的64个细节

1. 变压器图纸，PCB、这三个变压器的飞线位数需要一到。

理由：安全认证要求

这是许多工程师在申请安全认证和提交材料时会遇到的问题。

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，然后测试X电容器的残余电压

许多新手会犯错误，纠正方法只能重新改变PCB Layout，浪费时间和采购打样。

3.变压器飞线PCB孔径应考虑最大飞线直径，必须预留两组一大一小PCB孔。

原因：避免组装困难或过炉空焊问题

因为安全申请认证通常有一个系列，比如24W申请一个系列，包括4.2V-36V输出低压4的电压段.2V大电流和高压36V小电流的飞线直径不同。

多条飞线直径计算参考以下表格：

4.输出的DC线材的PCB最大直径应考虑孔径。

原因：避免组装困难

因为你的PCB可用于不同的电流段，如5V/8A，和20V/2A，两者使用的线材不同

参考以下表格：

5.电路调试，OCP多个并联电阻的限流电阻并联电阻值。

原因：电阻值越大，电阻承受的功率越大

6.电路设计，散热器引脚的孔做成矩形椭圆形(经验值:2*1mm)。

原因：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、输出电压或异常测试OVP设计要小于60Vac(Vpk)/42.4Vdc(Vrms)。

理由：安全要求

这个新手很容易被忽视，所以申请认证的产品一定要做OVP测试，抓住输出瞬时波形。

8.电路设计，电解电容器防爆孔距离大于2mm，卧式弯脚留1.5mm。

理由：提高质量

一般正规公司都有这个要求，除特殊情况外，日本更注重防爆孔的问题。

9.电路调试，输出LC如果纹波异常，请调整环路。

原因：验证产品稳定性

这个很重要。我以前经常遇到这个问题。生产线老化后，试验纹波会变高。现象是环路冲击。

10.电路调试、二极管并联时，开路时应测试二极管故障， 异常(包括TO-220 两个二极管)。

理由：提高质量

一般来说，小公司不会这样做。一个优秀的产品经得起任何考验。

11.1.电路设计PCB空间充足，请设计成所有安全标准。

理由：减少PCB修改次数。

如果你的产品符合要求UL60335标准，客户希望有一天满足UL1310，此时你必须再次改变PCB Layout拿去安全报告，如果你画的板符合各种标准，以后的工作会轻松很多。

12.关于电路设计，ESD请将其设计触±8KV/空气±15KV标准。

理由：减少后续整改次数。

像飞利浦这样的客户要求ESD非常严的，听说富士康的还需要达到±20KV，有一天这样的客户要求，你又要忙一段时间了。

在设计变压器时，13.电路设计，VCC轻载电压大于轻载电压IC欠压关闭电压值。

判断空载VCC电压大于芯片关闭电压5V在确认满载时，不得大于芯片过压保护值

14.使用最大输出电压时，应考虑电路设计和共用变压器设计VCC电压，低温VCC有稍微NOSIE会碰触OVP动作。

假如你的产品9V-15V共用变压器，请确认VCC电压和电源管的耐压性

15.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前沿消隐时间短，比尖峰脉冲时间短，无效或误判；如果生长，真正的流动不能发挥保护作用。

Rcs与Ccs的RC值不可超过1NS的Delay，否则输出短路时，Vds会比满载时高，超过MOSFET最大耐压性可能导致炸机。

经验值1nS的Delay约等于1K对100PF，也等于100R对102PF

16.画小板时，在小板引脚的90度角加一个圆形钻孔。

原因：组装方便

如图：

实物如图：

实际组装如图所示：

这样做可以使小板和PCB大板之间紧密贴合，不会有浮高现象

17.在电路设计中，肖特基的散热器可以接收输出正极线，因此铁封肖特基不需要绝缘垫和绝缘颗粒

18.电路调试，15W以上功率的RCD吸收不要用1N4007，因为1N4007速度慢300uS，压降也大1.3V，老化过程中温度高，容易失效

19.电路调试，输出滤波电容的耐压性应小于1.2倍余量，避勉量产损坏。

之前犯了这个很低级的错误，14.5V输出用16V耐压电容量产1%的电容故障不良。

20.电路设计，当大电容器或其他电容器做成水平时，如果底部有跳线，则需要将其放置在负极电位，这样跳线就不需要穿套管。

这样可以节省成本。

21.承认整流桥堆、二极管或肖特基的晶元大小元件或BOM表要有描述，比如67mil。

原因：控制供应商交付的一致性，避免供应商偷工减料，影响产品效率

另一个烦人的是供应商做手脚，导致一整批试产产品无法通过六级能效，原因是小特基内晶元用量小。

22.电路设计，Snubber 由于异音问题，电容器优先使用Mylar电容 。

处理异音的方法之一

23.浸漆的TDK RF浸漆磁芯产生的噪音小于12dB

第二种处理异音的方法

24.变压器生产过程中的真空浸渍漆可以使其在较低的磁通密度下工作，并用环氧树脂黑胶填充三个中柱上的间隙

三种处理异音的方法

25.电路设计，如果在整流前使用启动电阻，则应添加数百K电阻。

原因：当电阻短路时，不会引起IC和MOSFET损坏。

26.电路设计，高压大电容路设计P瓷片电容位置。

原因:30-60-60MHz都有一定的作用。

p>空间允许的话PCB Layout留一个位置吧，方便EMI整改

 

27.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

 

28.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

 

29.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

 

30.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，比如ME8327N，具有“零恢复”OCP电流功能

 

31.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

 

32.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。

 

33.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

 

34.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

 

35.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

 

 

36.辐射整改，分段处理经验，如下图，适合一些新手工程师，提供一个参考的方向，有些情况并不是能直接套用，最主要的还是要搞清楚EMI产生的机理。

 

 

 

37.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。

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 （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，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）

 

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；

 

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

 

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

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。

来源：EDN电子技术设计

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