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模块电源应用之PCB布板推荐

开关电源作为现代电子设备重要组成部分,是供电的核心单元,可以说是设备的心脏。开关电源具有体积小、重量轻、功率密度大、功耗小、效率高、宽输入范围等诸多优点,但同时存在其固有的缺点,如:具有较强的电磁干扰,这对使用者来说是个很大的挑战。

开关电源是一个统称,根据功率变化方式、外形结构或用途可分为不同的类别,如AC-DC电源、DC-DC电源、开板电源、模块电源、通信电源、电力电源、铁路电源等等。但无论哪种类型的电源,其在选型应用方面的基本原则是相同的,本文主要介绍模块电源在PCB布板方面的应用。

模块电源的应用,除了基本功能和指标满足要求外,在实际使用时的PCB布板也是至关重要的。PCB布板的优劣,将直接影响整机的性能,尤其是EMC和可靠性方面。开关电源应用时PCB布板需要考虑的关键因素大致可分为三类:EMC、安规和热设计,其他需要考虑因素与大多数PCB相似,此处不再赘述。

一、    EMC设计

开关电源在应用时面临着多重EMC方面的考验,既要包含EMI,同时也包含EMS。在实际应用时,我们如何进行电源的EMC设计呢?1、设计合理的EMC外围电路

对于一般的应用,可以采用推荐参考电路1,此电路具有较好的防雷击特性。

目前越来越多的产品要求输入对保护地间既要满足高隔离耐压,同时又要满足高共模浪涌,且不允许在输入与保护地间加设浪涌防护器件。此时,推荐参考电路2就是一个很好的选择,此电路能够满足大多数上述应用需求。

开关电源在应用时面临着多重EMC方面的考验,既要包含EMI,同时也包含EMS。在实际应用时,我们如何进行电源的EMC设计呢?1、设计合理的EMC外围电路

对于一般的应用,可以采用推荐参考电路1,此电路具有较好的防雷击特性。

目前越来越多的产品要求输入对保护地间既要满足高隔离耐压,同时又要满足高共模浪涌,且不允许在输入与保护地间加设浪涌防护器件。此时,推荐参考电路2就是一个很好的选择,此电路能够满足大多数上述应用需求。

(1)输入侧EMC电路或滤波器要尽可能靠近系统的电源入口布置,器件布局要按照信号流向依次布置,电源紧随其后。

(2)输出滤波电路要尽可能靠近电源输出端布置。

(3)输入和输出走线时两者包络的面积要尽可能小。

(4)电源需要通过接插件引出时,接插件就近要放置滤波电路。(5)噪声敏感元件要远离开关电源本体。

(6)用电装置的供电引脚根部就近放置去耦电容。

(7)电源供电功率回路与其他信号回路的地要单点连接。

(8)具有较强干扰信号的引线或元器件要远离电源的输入和输出端(包括滤波器),防止干扰信号通过电源线耦合出去,影响EMI。

二、 安规设计

开关电源应用时PCB布板的安规考虑因素,主要是电击、与能量有关的危险、着火、与热有关的危险、机械危险。

PCB布线的总体原则是:即要考虑PCB板上电气走线之间的距离,还要考虑PCB板走线对装配后元器件安全性的影响,组装后产品的所有元器件和走线应满足相应的爬电距离和电气间隙的要求。

PCB板应标注厂商名称(或商标)、规格型号,还应有输入、输出,火线(L)、零线(N)、地线(G)的标识、保护性接地符号,此符号在PCB组装后应清晰可见(如适用)。

对于UL认证产品,基板上应有基板的UL档案号标注,如受基板空间限制,实在标注不下的,可在基板的最小包装上标注。例如拼板的工艺边。

为了防止火灾需要在电源输入端设置保险丝,应在保险丝座或其附近的地方标明保险丝的额定电压和额定电流及其熔断特性(如快速熔断F)等,应在PCB组装后应清晰可见。

产品安装后要应没有尖锐的边缘、角和毛刺;整体应能承受足够的外力冲击。

爬电距离和电气间隙,PCB板的布线应满足下列要求:

1、对于AC/DC电源(输入额定电压范围为85Vac-240Vac),污染等级为2,I类设备,推荐值如表1所示。

    2、对于AC—DC电源(输入额定电压范围为100Vac-240Vac),污染等级为2,Ⅱ类设备,推荐值如表2所示。

3、其他不同工作电压对应的爬电距离和电气间隙要求,要符合GB4943或IEC60950关于爬电距离和电气间隙的相关要求。


三、 热设计

开关电源在完成电能转换的同时,不可避免的存在自身损耗,这部分损耗绝大部分转换为热量,进而转变为电源的温升。众所周知,热是影响电子产品寿命的重要因素之一,温度每升高10℃寿命将减少一半。所以,良好的热设计能够大大提高电源的可靠性和使用寿命。

于开关电源应用时PCB布板方面的热设计,需要从以下几方面考虑。首先,确定电源的散热方式。其次,根据散热方式确定电源在机构中的摆放位置和方向。最后,提供合理的散热条件。

电源在设计之初已经考虑到有多种结构形式,全封闭式模块电源、全开放式模块电源、微功率电源、可装散热器的模块电源、定制散热片电源等等。不同种类的电源,对应的散热形式有所不同,但无外乎三种散热方式:传导、对流和辐射。

无论哪种散热方式,对于开关电源来说,都要求其最高工作环境温度不能超过技术指标书中给定的温度上限,并且在此条件下,设备正常工作时电源测得的温度应在其额定的最高工作温度范围内。当温度超过上述范围时,应增加适当的散热措施保证电源良好散热。












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