电源PCB设计阶段应注意的细节
1、PCB对应的SCH网络要对应,方便后续更新,花不了多少时间的。
2、PCB的元器件封装,标准库里面的按实际情况需要更改,贴片元件焊盘加大;插件元件的孔径比元件管脚大0.3mm,焊盘直径大于孔0.8mm以上,焊盘大些方便焊接,元器件过波峰焊也容易上锡,PCB厂家做出来也不容易破孔。还有很多细节的东西多了解些对生产是很大的功劳啊。
3、安规的要求在PCB上的体现,保险丝的安规输入到输出距离3mm以上,保险丝带型号需要印在PCB上。PCB的板材也有不同的安规要求,对应需要做的认证与供应商沟通能否满足要求。相应的认证编号需印到PCB上。初级到次级的距离8mm以上,Y电容注意选择Y1还是Y2的,跨距也要求8mm以上,变压器的初级与次级,用挡墙或者次级用三层绝缘线飞线等方法做爬电距离。
4、桥堆前L,N走线距离2.5mm以上,桥堆后高压+,-距离2.5mm以上。走线为大电流回路先走,面积越小越好。信号线远离大电流走线,避免干扰,IC信号检测部分的滤波电容靠近IC,信号地与功率地分开走,星形接地,或者单点接地,最后汇总到大电容的“-”引脚,避免调试时信号受干扰,或者抗扰度出状况。
5、IC方向,贴片元器件的方向,尽量放到整排整列,方便过波峰焊上锡,提高产线效率,避免阴影效应,连锡,虚焊等问题出现。
6、打AI的元器件需要根据相应的规则放置元器件,之前看过一个日本的PCB,焊盘做成水滴状,AI元件的引脚刚好在水滴状的焊盘上,漂亮。
7、PCB上的走线对辐射影响比较大,可以参考相关书籍。还有1种情况,PCB当单面板布线,弄完后,在顶层敷整块铜皮接大电容地,抑制传导和辐射很有效果。
8、布线时,还需要考虑雷击,ESD时或其他干扰的电流路径,会不会影响IC。
电源调试阶段应注意的细节
1、万用表先测试主电流回路上的二极管,MOSFET,有没有短路,有没有装反,变压器的感量与漏感是否都有测试,变压器同名端有没有绕错。
2、开始上电,我的习惯是先上100V的低压,PWM没有输出。用示波器看VCC,PWM脚,VCC上升到启动电压,PWM没有输出。检查各引脚的保护功能是否被触发,或者参数不对。找不到问题,查看IC的上电时序图,或者IC的datasheet里面IC启动的条件。示波器使用时需注意,3芯插头的地线要拔掉,不拔掉的话最好采用隔离探头挂波形,要不怎么炸机的都不知道。用2个以上的探头时,2根探头的COM端接同1个点,避免影响电路,或者夹错位置烧东西。
3、IC启动问题解决了,PWM有输出,发现启动时变压器啸叫。挂MOSFET的电流波形,或者看Isense脚底波形是否是三角波,有可能是饱和波形,有可能是方波。需重新核算ΔB,还有种情况,VCC绕组与主绕组绕错位置。也有输出短路的情况,还有RCD吸收部分的问题,甚至还碰到过TVS坏了短路的情况。
4、输出有了,但是输出电压不对,或者高了,或者低了。这个需要判断是初级到问题,还是次级的问题。挂输出二极管电压电流波形,是否是正常的反激波形,波形不对,估计就是同名端反了。检查光耦是否损坏,光耦正常,采用稳压管+1K电阻替换431的位置,即可判断输出反馈431部分,或者恒流,或者过载保护等保护的动作。常见问题,光耦脚位画错,导致反馈到不了前级。431封装弄错,一般431的封装有2种,脚位有镜像了的。同名端的问题会导致输出电压不对。
5、输出电压正常了,但是不是精确的12V或者24V,这个时候一般采用2个电阻并联的方式来调节到精确电压。采样电阻必须是1%或者0.5%。
6、输出能带载了,带满载变压器有响声,输出电压纹波大。挂PWM波形,是否有大小波或者开几十个周期,停几十个周期,这样的情况调节环路。431上的C与RC,现在的很多IC内部都已经集成了补偿,环路都比较好调整。环路调节没有效果,可以计算下电感感量太大或者太小,也可以重新核算Isense电阻,是否IC已经认为Isense电阻电压较小,IC工作在brust mode。可以更改Isense电阻阻值测试。
7、高低压都能带满载了,波形也正常了。测试电源效率,输入90V与264V时效率尽量做到一致(改占空比,匝比),方便后续安规测试温升。电源效率一般参考老机种效率,或者查能效等级里面的标准参考。
8、输出纹波测试,一般都有要求用47uF+104,或者10uF+104电容测试。这个电解电容的容值影响纹波电压,电容的高频低阻特性(不同品牌和系列)也会影响纹波电压。示波器测试纹波时探头上用弹簧测试探头测试可以避免干扰尖峰。输出纹波搞不定的情况下,可以改容量,改电容的系列,甚至考虑采用固态电容。
9、输出过流保护,客户要求精度高的,要在次级放电流保护电路,要求精度不高的,一般初级做过流保护,大部分IC都有集成过流或者过功率保护。过流保护一般放大1.1-1.5倍输出电流。最大输出电流时,元器件的应力都需要测试,并留有余量。电流保护如增加反馈环路可以做成恒流模式,无反馈环路一般为打嗝保护模式。做好过流保护还需要测试满载+电解电容的测试,客户端有时提出的要求并未给出是否是容性负载,能带多大的电容起机测试了后心里比较有底。
10、输出过压保护,稳定性要求高的客户会要求放2个光耦,1个正常工作的,一个是做过压保护的。无要求的,在VCC的辅助绕组处增加过压保护电路,或者IC里面已经有集成的过压保护,外围器件很少。
11、过温保护一般要看具体情况添加的,安规做高温测试时对温度都有要求,能满足安规要求温度都还可以,除非环境复杂或者异常情况,需要增加过温保护电路。
12、启动时间,一般要求为2S,或者3S内起机,都比较好做,待机功耗做到很低功率的方案,一般IC都考虑好了。没有什么问题。
13、上升时间和过冲,这个通过调节软启动和环路响应实现。
14、负载调整率和线性调整率都是通过调节环路响应来实现。
15、保持时间,更改输入大电容容量即可。
16、输出短路保护,现在IC的短路保护越做越好,一般短路时,IC的VCC辅助绕组电压低,IC靠启动电阻供电,IC启动后,Isense脚检测过流会做短路保护,停止PWM输出。一般在264V输入时短路功率最大,短路功率控制住2W以内比较安全。短路时需要测试MOSFET的电流与电压,并通过查看MOSFET的SOA图(安全工作区)对应短路是否超出设计范围。
17、空载起机后,输出电压跳。有可能是轻载时VCC的辅助绕组感应电压低导致,增加VCC绕组匝数,还有可能是输出反馈环路不稳定,需要更新环路参数。
18、带载起机或者空载切重载时电压起不来。重载时,VCC辅助绕组电压高,需查看是否过压,或者是过流保护动作。
还有变压器设计时按照正常输出带载设计,导致重载或者过流保护前变压器饱和。
19、元器件的应力都应测试,满载、过载、异常测试时元器件应力都应有余量,余量大小看公司规定和成本考虑。 性能测试与调试基本完成。调试时把自己想成是设计这颗IC的人,就能好好理解IC的工作情况并快速解决问题。 这些全都按记忆写的,有点乱,有些没有记录到,后续想到了再补上。