初学者到底该怎样去学习和研发开关电源？--让小编来告诉你

PCB布板

PCB板的布局在很大程度上决定了电源的性能。PCB板的布局应考虑EMC、安规、散热、可维修性和可生产性等问题。

那么第一个EMC问题：

开关电源的噪声源主要是功率开关管、整流管。减小噪声的尽量是减小噪声源的环路面积。电路拓扑如果采取单端反激电路，其主要的开关噪声源分为差模和共模。差模存在于两个回路，即输入滤波电解电容→变压器初级绕组→开关管→采样电阻→输入滤波电解电容，变压器次级绕组→输出整流二极管→输出滤波电解电容→变压器次级绕组。这两个回路是功率变换的核心主电路，同时也是差模噪声的主要来源，在布板时应尽可能地保证这两个回路所包围的面积最小化。合理地控制噪声源有助于花较小的EMC滤波的代价取得良好的EMC效果。共模噪声主要产生在功率管关断器件，集电极的电压急剧变化，使其与散热器的耦合电容通过位移电流，从而产生共模噪声，或者耦合到变压器副边，再到机壳形成共模噪声。可以在功率管或输出整流管附近加Y电容来减小共模噪声，Y电容接地的铜线尽可能的粗和短。

开关电源的噪声源产生于功率回路，如果功率地和控制地共用地会导致功率电路产生的噪声耦合到控制电路中，不利于抑制噪声，而且也容易引起系统的不稳定。通常功率电路和控制电路应保持一点接地。

PCB的布局对电源的EMI有决定性的影响。电源板的布局要考虑的因素有：功率的流向简洁明了，功率电路应避免迂回交错，回路面积尽可能小，电感、变压器的下方不走线；功率电路与控制电路分别放置，强电信号与弱信号分开，高频信号与其他易干扰电路分开；初级电路和次级电路的分隔明了，保持适当安规距离等等。为了减小电源的EMI，通常都在电源的适当位置放置电感和电容等无源器件进行噪声处理。为了保证电容的滤波效果，在功率回路布线时应使电流尽可能从电容流过，而不能简单地对相同的节点采取铺大面积铜皮的方法。

PCB布板的第二个问题：安规问题

一次侧和二次侧的电路分开布局，二者保持一定距离；一次侧和二次侧的隔离带宽度应满足安规要求；器件之间的绝缘距离和爬电距离应符合根据其工作电压查出的安规距离；在对人体有可能造成伤害的地方加上危险标志；变压器的层间加绝缘；采用符合安规的器件等等。

PCB布板的第三个问题：散热、可维修性和可生产性

在布局时考虑发热器件和热敏元件的距离符合工艺要求，功率管的损耗大小决定是否加散热器等等。根据电源模块的散热方式，整体布局有利于散热。同时考虑电源的可维修性，加上适当的测试点，考虑拆卸元件的便利。了解PCB板加工工艺水平，考虑其生产性。

输入侧的第一个安规元件保险管的设计和考量：

保险管的作用主要是过流保护，是在电路发生故障情况下，熔断切断电路，避免故障扩大。其原理是：当电流流过保险管时，保险管内金属熔体发热，当电流小于额定电流时，熔体的温度低于熔点；当电流大于额定电流，熔体温度超过熔点而导致融化。

那么基于保险管的以上基本作用，我们在设计的时候需要考量的参数有保险管的额定电压、电流的要求。

额定电压是指其灭弧能力，正常工作时其两端可以认为没有电压的（很小），但如果其被烧断后就有输入电压加在上面，此时保险丝不能跳火，这就是额定电压的概念。

额定电流是指它保证寿命的正常电流。

除此之外，保险丝还有一个参数，I2t，是指引起保险丝融化的能量，但这是一个短时间的概念，不是长时间的，在很短的时间内，如10mS，保险丝的热量是基本上传不出去的，只有在它上面消耗掉，达到I2t的值就会融化。从这个参数看到，时间越短，允许的电流就越大。

保险管的计算方法

F1=2×Po/（η×Vinmin×0.6）

 0.6为不带功率因数校正的功率因数估值，假如有功率因数校正电路此值取0.98左右。Po输出功率η 效率（设计的评估值）Vinmin 最小的输入电压2为经验值，在实际应用中，保险管的取值范围是理论值的1.5~3倍。工作电压在最坏的情况下以及在故障情况下，保险管熔断后两端电压必须满足下表： 

交流保险管与直流保险管一般不能相互替代，仅当在电压低于直流60V时，一般才可以用125V以上交流保险管。对于带熔断报警的保险管，需要注意其最低使用电压。工作电流在最坏的情况下，工作电流有效值必须满足下表： 

短使工作区是指连续工作时间不大于10min的工作区域，通常应用与对过载能力有时间限制的场合。当保险管使用的环境高于40度，需要考虑温度对额定电流的影响，进行额外降额。不同类型的保险管降额不同；通常对于慢熔断类型保险管，环境温度每升高10度，需要再降额5%；对于快熔断类型保险管，环境温度升高10度，降额1.5%。保险管一般不并联使用，在特殊情况下，当保险管并联使用时，考虑到电流的不均匀分布，额定电流需要再有额外的85%的降额。对于半导体保护用熔断器（SEMICONDUCTOR FUSE，HIGH SPEED FUSE），其额定电流按UL标准的产品进行降额。当温度高于40度，环境温度每升高10度，需要在降额5%；如果熔断器使用的是玻璃纤维管（BIBER TUBE），还需要额外有80%的降额。对于持续时间小于60S的过载电流，半导体熔断器可以根据产品的时间电流曲线进行降额，最大过载电流应该小于60%It，It是从时间电流曲线上查得的，过载持续时间t对应的熔断电流。

保险丝有快融，正常，慢融几种形式。虽然额定电流都是10A，但其I2t是不一样的，慢融的在一定时间内允许通过很大的电流，也就是抗浪涌能力强。很明显，开关电源开机瞬间有很大的浪涌电流，过浪涌实验时的浪涌电流更大，一般选慢融的保险丝，我们的开关电源都有过载保护的，当副边短路的时候，瞬间的电流时很大的，开关电源会进入短路保护的状态下，如果选用的是快融的保险丝的话，那么很可能在这瞬间保险丝就烧掉了的，我们知道保险丝是在开关电源损坏的状态下，比如MOS击穿了，为了避免故障的进一步扩大化，这个时候需要去熔断保险丝的，不然又可能会发生火灾的。那么慢速保险丝是怎样一回事？慢速保险丝也叫延时保险丝，它的延时特性表现在电路出现非故障脉冲电流时保持完好而能对长时间的过载提供保护。有些电路在开关瞬间的电流大于几倍正常工作电流，尽管这种电流峰值很高，但是它出现的时间很短，我们称它为脉冲电流也有称它为冲击电流或叫它为浪涌电流。普通的保险丝是承受不了这种电流的，这样的电路中若使用的是普通保险丝恐怕就无法正常开机了，若使用更大规格的保险丝，那么当电路过载时又得不到保护。延时保险丝的熔体经特殊加工而成，它具有吸收能量的作用，调整能量吸收量就能使它即可以抗住冲击电流又能对过载提供保护。标准对延时特性都有规定，若标准的规定特性无法满足您的要求，您可以与制造商联系以得到解决。

输入侧的第二个元器件抑制Inrush Current的NTC的设计和考量Inrush Current产生的原因：电源供应器在开机的瞬间,由于滤波电容的充电,在交流回路上呈现非常低之阻抗,其大小约等于滤波电容器的ESR值,这样在开机瞬间将会有很大之突波电流产生.此突波电流有时甚至超过上百安培,具有很大之危害性..Inrush Current之危害分析：由于开机瞬间Inrush Current高达数十安,甚至数百安,因此它的危害性是不言而喻.首先,如果它的能量超过保险丝的额定工作能量I2t,则会使得保险丝熔断,而使电源无法工作,其次,由于它有很高的电流峰值,可能使整流桥,开关晶体管,clamper线路上的半导体等组件烧毁.最后,它还可能造成很大的噪声干扰而影响使用共同电源的其它电子设备..Inrush Current之抑制技术由于Inrush Current之种种危害性.因此必须对其进行抑制.以达到安全值乃为势在必行.一般目前常用的方法有以下三种:a.在输入在线串入NTCb.在输入在线加入由电阻一闸流体(SCR或TRIAC组成的保护装置).c.使用继电器RELAY.1. 使用NTC来抑制Inrush Current之技术NTC通常称之为热敏电阻 ,由于它具有负温度特性.即当电阻上的温度升高时它的阻值会降低,利用这种特性来抑制突波电流,在要求不是很高的情况是一种挺实用之方法.(1)其工作原理如下:把NTC串入交流线源上当电源供应器开机瞬间,由于CAP充电,输入在线之阻抗约为电容之ESR与NTC之阻抗和.即(ESR+RRT,这样,就不会因阻抗过低而产生很大的突波电流.随着电阻温度之升高.其阻值迅速下降至最低水平.这样,当CAP充满电荷之后,不会因热敏电阻的存在而产生太大的消耗,因此对电源之效率起到一定的保证作用.但不论热敏电阻在正常工作时电阻再小,还是有阻抗存在.因此,在一定意义上它还是影响着电源效率之提高.(2)热敏电阻之选择与设计.热敏电阻常温时的阻抗由下式决定: 

Rs=Vdcmax/Is

其中Rs为热敏电阻常温时的最小阻值. Vdcmax为输入最大直流电压..Is为客户SPEC上规定的Inrush Current之最大值.我们在选择热敏电阻时,希望它在温度升高后阻值越低越好.以减少消耗,同时注意其电流额定值要大于或等于最大输入电流值Iin(max)附:对图7 Inrush Current 线路之计算.假设客户SPEC要求在High Range 输入时, Inrush Current 不得超过40A.效率η=70%,PF=0.8,陶瓷NTC热敏电阻器在电路中应用时，主要受环境温度、工作电流及瞬间冲击能量影响，特别是在高温工作的条件下，要求电阻功率有一定的降额，否则会导致电阻体温度过高而开裂，或者是电性能劣化。陶瓷NTC热敏电阻器的主要失效模式是：电阻体受电应力损伤，严重时会开裂（电阻开路）。所以该器件的降额选取点是：冲击能量，稳态工作电流，壳温

反激中的震荡电路的CT的设计考量：振荡电路的参数根据工作频率和手册的公式确定。根据规格书的要求或设计需要确定振荡频率fs。先确定Ct后确定Rt。Ct值同时会影响最大占空比。另外，Ct过小易受干扰，不应小于1000P，通常应设计在2200P到4700P，最大占空比满足要求时选较大的电容。同时，Ct容值的变化会影响振荡频率，应采用精度不低于5%的电容，考虑温度特性，应选用NP0材质的电容为佳。电阻Rt应满足降额，精度达到1%即可。

反激电路中的基准去耦：　　　　　　　　　　　　　　基准的去耦电容是必须有的。其取值考虑两方面的因素：1对启动过程的影响2去耦作用　　如C1过大，则VREF建立时间太慢，影响启动时序，如C1太小，则起不了去耦作用。推荐使用0.1UF的电容，不能大于1UF。PCB中，C1应加在靠近VREF之处

软启动电路　  软启动电路的作用是使输出脉宽逐步增加，避免对开关管、变压器有过大的冲击。软启动电路时间过长时，容易使VCC电压下降过多后电源才达到正常值，使电路产生不能启动的危险。　　软启动的时间取决于C3的值以及芯片COMP输出的最大输出电流，即PIN1（COMP）的输出电流对C3充电到正常工作电压的时间，当PIN1还连接其它电路时，还要考虑这些电路的分流作用。通常C3取0.1UF。　　R3的作用时维持启动后C3上的高电压，通常取100K。　　D1、D2用普通的二极管即可。插件一般用1N4148，如采用表贴器件，可以使D1D2在同一封装中。另外CMG大师写了个次级软启动，很有指导意义，大家可以搜搜去看下。

启动电路的设计和考量。通用设计：　　目前所用的辅助电源都需要有自举功能。自举电路必须确保在辅助电源应该工作的所用条件能启动，包括集成电路参数、电容容量误差、电阻精度等所有变化在内。　　　　　　　图中D3输入来自变压器。启动过程为：Vin通过R4对C4和C1充电，当VCC电压达到芯片的启动电压时，辅助电源启动，VCC电压下降。然后，占空比逐渐增大，VCC电压仍然下降，当馈电支路提供能量逐渐增加并超过控制电路所需的能量时，VCC开始上升，当占空比达到正常工作时的占空比，VCC才能稳压在工作电压上，因此前面软启动电路中的C3不能过大，否则容易导致无法启动。启动过程与负载、输入电压、控制器COMP的最大输出电流、C4、C3等多个参数有关，而这些参数都有一定的范围或随时间有一定变化。为确保电源能够启动，应留有足够余量。目前要求在最恶劣条件下，VCC电压的下降不大于芯片最小开机电压与最大关机电压回差的1/3。要求在各种工作温度范围内、输入电压全范围内、输出负载全范围内辅助电源均应能正常启动。图中R4根据最低输入电压Vinmin、芯片的最高启动电压Vstmax和控制芯片的最大启动电流Istmax设计：　　　　R4＜(Vinmin-Vstmax)/Istmax并注意Vinmin是指能加到R4的电压，小于要求的输入电压值。给384X芯片供电的电压一方面应确保384X在任何应该工作的情况不被关断，另一方面要使驱动的MOS管栅电压不超过规定的要求。因此3843/5的供电电压应在11－16V范围，3842/4的供电电压应取在14-16V备注：1.此设计为通用型的设计，384X只是举例说明而已，不必局限于此芯片.2.此启动电路并非是最佳的启动电路，但是是最普片的也是最简洁的启动电路，还有很多低功耗的启动电路，这里不再列出了，有兴趣可以在论坛上搜索。这里R4 电阻涉及到一个耐压和功耗问题，不可忽视，尤其是电阻的耐压问题，常常被大家忽视，其后果也是很严重的。（搞了很多个错字，汗颜）下面的一张图反应了部分电阻的耐压，供大家参考，具体耐压请查阅厂家提供的规格书。

电流采样电路的设计和考量：

电流采样器件有两种，一种用电阻，一种用电流互感变压器。在电流较大时为减小采样的功耗，一般采样电阻功耗大于0.5W时可使用电流互感器。两种情况滤波电路的设计一样的。

 R8和C6对采样电流滤波，目的滤了开通瞬间引起的尖峰。但过大的时间常数不能使采样电流及时响应，因此设计要同时考虑两方面的因素。对100K左右的关频率，R8可使用470欧电阻，C6可使用220P电容，具体参数由调试确定。PCB上C6应放在靠近PIN3的地方。　　采样电阻R7确定了峰值限流点，选择原则为：在所有需正常工作的条件下，辅助电源不能限流。通常较容易到限流点的条件是最低输入电压，最低工作温度、最大负载。设计应注意到一些容量因素，包括控制芯片限流点。对384X系列其限流误差为±10%（Isen比较电压为0.9-1.1V）。考虑到其它因素的影响，实际应留有20%以上的余量。R7采用1%精度金膜电阻，应满足降额要求。　　

采用电流互感器的电路中，电流互感器统一采用1：100的互感器。

1.关于D5的选择问题：无需考虑你D5的压降问题，选择开关二极管就可以了。这个D5的压降不会影响你的采样电压问题，且看采样电阻R7是在D5的后面，故此电阻不会影响后面的电压问题，倒是需要考虑的是后面电压的线路压降问题，一般通常经验取值线路压降取值0.2V。

2.互感器副边电压：互感器副边电压=采样所需要的电1V+VFD+0.2V=1.7v，这个电压也叫次级的磁势。那么这个电压有什么作用呢？

a,可以帮我们选择互感器磁环的AL值，

b,可以帮我们计算磁化电流大小。

3,采样电阻R7的计算值：比较电压/副边电流，既1V/12.5mA=80ohm.