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技术分享:开关电源PCB设计经验之谈
广州电源
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发表于2017-04-15 09:29:24 | 只看该作者
1# 电梯直达
先挖个坑,做方案绕不开的是PCB设计,欢迎大家留言与交流。
q3397226930
广州电源
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发表于2017-04-15 09:34:47   |  只看该作者
2#

电源电路是一个电子产品的重要组成部分,电源电路设计的好坏,直接牵连产品性能的好坏。我们电子产品的电源电路主要有线性电源和高频开关电源。

从理论上讲,线性电源是用户需要多少电流,输入端就要提供多少电流;开关电源是用户需要多少功率,输入端就提供多少功率。

 

线性电源:

线性电源的优点:性能稳定,没有高频纹波等干扰。
线性电源的缺点:发热、能源利用率低。没有超大功率的电源供选择。

 

开关电源:

开关电源的优点:

1、体积小、重量轻:由于没有工频变压器,所以体积和重量只有线性电源的10~30%。
2、功耗小、效率高:功率晶体管工作在开关状态,所以晶体管上的功耗小,转 化效率高,一般为60~95%,而线性电电源只有20~40%。

开关电源的缺点:

可能存在的电磁兼容问题(可以通过调试解决),价格会比现行电源贵(根据摩尔定律,这会随着时间的推移解决)。


 

q3397226930
广州电源
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发表于2017-04-15 09:37:07   |  只看该作者
3#

线性电源
线性电源功率器件工作在线性状态,如我们常用的稳压芯片LM7805、LM317等。下图一是LM7805稳压电源电路原理图。
相关线性IC推荐:


做如下推荐,均设置了超链接,点击可以进入立创商城的购买页面:

3.3V供电推荐:AZ1117CH-3.3TRG1(商业级),或者AZ1117H-3.3TRE1(工业级)。

5V供电推荐:AS78L05RTR-E1(贴片),LR78L05(插件)

 

从图上可知,线性电源有整流、滤波、稳压、储能等功能元件组成,同时,一般用的线性电源为串联稳压电源,输出电流等于输入电流,I1=I2+I3,I3是参考端,电流很小,因此I1≈I3。我们为什么要讲电流,是因为PCB设计时,每条线的宽度不是随便设的,是要根据原理图里元件节点间的电流大小来确定的(请查《PCB设计铜铂厚度、线宽和电流关系表》)。电流大小、电流流向要搞清楚,做板才恰到好处。

q3397226930
广州电源
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发表于2017-04-15 09:38:26   |  只看该作者
4#

PCB设计时,元件的布局要紧凑,要让所有的连线尽可能短,要按原理图元件功能关系去布局元件与走线。本电源图里就是先整流、再滤波、滤波后才是稳压、稳压后才是储能电容、流经电容后才给后面的电路用电。图二是上面原理图的PCB图,两个图相似。左图和右图就是走线有点不一样,左图的电源经整流后直接就到了稳压芯片的输入脚了,然后才是稳压电容,这里电容所起的滤波效果就差了很多,输出也有问题。右图就是比较好的图了。我们不仅要考虑正电源的流向问题,还必须考虑地回流问题,一般来说,正电源线和地回流线要尽可能同进同出,彼此离近点。

 

 

 

设计线性电源PCB时还应注意,线性电源的功率稳压芯片的散热问题,热量是怎么来的,若稳压芯片前端电压是10V,输出端是5V,输出电流为500mA,那在稳压芯片上就有5V的电压降,产生的热量就为2.5W;如果输入端电压是15V,电压降就是10V,产生的热量就为5W,因此,我们布板是要根据散热功率来留出足够的散热空间或合理的散热片。线性电源一般用在压差比较小,电流比较小的场合,否则,请改用开关电源电路。

q3397226930
广州电源
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发表于2017-04-15 09:47:32   |  只看该作者
5#

高频开关电源
开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的导通与截止,产生PWM波形,经过电感和续流二极管,利用电磁电转换的方式调压。开关电源功率大、效率高、发热小,我们一般用的电路有:OB2512RNJPAOB2530PAP、LM2575、MC34063、SP6659等。开关电源理论上是电路两端功率相等,电压成反比,电流成反比。

 

 

q3397226930
广州电源
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发表于2017-04-15 09:50:08   |  只看该作者
6#

开关电源PCB设计时,需要注意的地方是:反馈线的引入点、续流二极管是给谁续流。从图三可以看出,U1导通时,电流I2进入电感L1,电感的特性是电流在电感里流过时不能突然产生,也不能突然消失,电流在电感里的变化时有一个时间过程的。

 

在脉冲电流I2流过电感的作用下,有部分电能转换成磁能,电流逐渐增大,到一定时候,控制电路U1关断了I2,由于电感的特性,电流不能突然消失,这时候二极管起作用了,它接替电流I2,所以叫续流二极管,可以看出,续流二极管是给电感用的,续流的电流I3是从C3的负端出发,经D1,L1后流入C3的正端,这里就相当于抽水机,利用电感的能量,把电容C3的电压提高了。

 

还有就是电压检测的反馈线引入点问题,应该是经过滤波后的地方反馈回去,不然会使输出的电压纹波更大。这两点是我们很多PCB设计人员经常忽视的地方,以为同一个网络,接在那儿不是一样,其实接的地方不一样,性能影响是很大的。下图是LM2575开关电源PCB图,大家看看错的那幅图是哪里错了。

 

 

 我们为什么要详细讲原理图原理,因为原理图里包含了许多画PCB的信息,如元件引脚的接入点,节点网络的电流大小等,看清楚了原理图,PCB设计就不成问题了。LM7805和LM2575电路分别代表了线性电源和开关电源的典型布板电路,做PCB时,直接按这两种PCB图布局与布线就行,只是产品不同,电路板也不同,根据实际情况调整。

万变不离其宗,所以的电源电路的原理及布板方式都是如此,而每个电子产品都离不开电源及其电路,因此,学通了这两个电路,其它的也了然于胸了。

 

附一个典型的开关电源设计,感兴趣的可以点击进入学习:

智能家居最佳供电方案-5瓦小功率电源(AC-DC)设计方案

立创讨论帖:智能家居最佳供电方案-5瓦小功率电源(AC-DC)设计方案

 

q3397226930
ChessWorld
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发表于2017-04-15 09:59:06   |  只看该作者
7#
期待楼主配套的变压器,呵呵!
广州电源
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发表于2017-04-15 10:10:31   |  只看该作者
8#
ChessWorld 发表于2017-04-15 09:59:06  7# 期待楼主配套的变压器,呵呵!
不知道能不能放到立创商城上面卖,如果每次做1000个卖,其实也还可以。1000个火苗,星星之火可以燎原。这是卖IC的一个思路,让终端客户少想事、方便些。
q3397226930
John
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发表于2017-04-15 11:06:01   |  只看该作者
9#
广州电源 发表于2017-04-15 09:50:08  6# 开关电源PCB设计时,需要注意的地方是:反馈线的引入点、续流二极管是给谁续流。从图三可以看出,U1导通时,电流I2进入电...
反馈线不应该走电感下面的。。。
HiFi用三端稳压器安森美LM337BTG,超低Ciss 1400pF NMOS管安森美NTMFS5C670NLT1G
广州电源
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发表于2017-04-15 12:01:14   |  只看该作者
10#
John 发表于2017-04-15 11:06:01  9# 反馈线不应该走电感下面的。。。
正确,反馈线走电感下面,系统可能会不稳定,这是经验。
q3397226930
流浪的猫
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发表于2017-04-15 13:56:05   |  只看该作者
11#
楼主可以帮弄个12V 600mA 变压器 600mA是短时间 10秒 平时200mA以下即可 不知使用EE13可以?工控用
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发表于2017-04-15 14:31:23   |  只看该作者
12#
流浪的猫 发表于2017-04-15 13:56:05  11# 楼主可以帮弄个12V600mA变压器600mA是短时间10秒平时200mA以下即可不知使用EE13可以?工控用
可以,麻烦给我个联系方式,我加一下你。
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我本农民工
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发表于2017-04-15 15:06:00   |  只看该作者
13#
我说的不多,需要用电感,或是电感在电源上怎么用,可以找我
颐特电感,TS16919认证企业,电感质保3年,专业生产贴片电感13年,个人从业电感工程15年!姚阳18046917240
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发表于2017-04-15 15:29:26   |  只看该作者
14#
我本农民工 发表于2017-04-15 15:06:00  13# 我说的不多,需要用电感,或是电感在电源上怎么用,可以找我
能把坛友们的变压器需求解决吗?
q3397226930
我本农民工
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发表于2017-04-15 15:37:41   |  只看该作者
15#

变压器估计不行,我只是略通皮毛,我找一下圈子里的朋友,看能不能帮上忙。电感这块没任何问题

颐特电感,TS16919认证企业,电感质保3年,专业生产贴片电感13年,个人从业电感工程15年!姚阳18046917240
广州电源
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发表于2017-04-15 16:09:08   |  只看该作者
16#
我本农民工 发表于2017-04-15 15:37:41  15# 变压器估计不行,我只是略通皮毛,我找一下圈子里的朋友,看能不能帮上忙。电感这块没任何问题
老板,你做哪些电感,是通用品吗?
q3397226930
我本农民工
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发表于2017-04-15 16:17:37   |  只看该作者
17#
广州电源 发表于2017-04-15 16:09:08  16# 老板,你做哪些电感,是通用品吗?

我公司-颐特-做贴片功率类的,滤波类,共模类的,耐大电流的都有

 点击查看大图

 点击查看大图

颐特电感,TS16919认证企业,电感质保3年,专业生产贴片电感13年,个人从业电感工程15年!姚阳18046917240
广州电源
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发表于2017-04-15 16:30:23   |  只看该作者
18#
我本农民工 发表于2017-04-15 16:17:37  17# 我公司-颐特-做贴片功率类的,滤波类,共模类的,耐大电流的都有
有贴片共模电感吗,过电流稍微大一些的?
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流浪的猫
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发表于2017-04-16 15:59:34   |  只看该作者
19#
广州电源 发表于2017-04-15 14:31:23  12# 可以,麻烦给我个联系方式,我加一下你。
1665677475@qq.com
我本农民工
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发表于2017-04-19 18:49:46   |  只看该作者
20#
流浪的猫 发表于2017-04-16 15:59:34  19# 1665677475@qq.com
不好意思,这两天比较忙,我的公司是东莞市颐特电子有限公司,姚阳,手机及微信号18046917240,QQ503219704(农民工)
颐特电感,TS16919认证企业,电感质保3年,专业生产贴片电感13年,个人从业电感工程15年!姚阳18046917240
我本农民工
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发表于2017-04-19 18:52:47   |  只看该作者
21#
广州电源 发表于2017-04-15 16:30:23  18# 有贴片共模电感吗,过电流稍微大一些的?

et EDRH-B-4 贴片共模电感(大电流) 系列.pdf 

这个目录是我司共模大电流电感的目录,请各位参考。


东莞颐特

姚阳

18046917240

颐特电感,TS16919认证企业,电感质保3年,专业生产贴片电感13年,个人从业电感工程15年!姚阳18046917240
广州电源
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发表于2017-04-20 08:47:16   |  只看该作者
22#
我本农民工 发表于2017-04-19 18:52:47  21# etEDRH-B-4贴片共模电感(大电流)系列.pdf这个目录是我司共模大电流电感的目录,请各位参考。东莞颐特姚阳180...
感谢分享,后续可能用得到你们的电感。
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杯吹的恩吉尼
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发表于2017-04-20 10:11:45   |  只看该作者
23#

很少见到把开关电源的布线说的这么通俗易懂的了,关键还配了错与对的布线图对比,学习了。

另外,传说电感的下面不能走线?

还有一个小白问题:稳压芯片的商业级和工业级,有什么不同?哪一个要求高些?

广州电源
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发表于2017-04-20 10:46:28   |  只看该作者
24#
杯吹的恩吉尼 发表于2017-04-20 10:11:45  23# 很少见到把开关电源的布线说的这么通俗易懂的了,关键还配了错与对的布线图对比,学习了。另外,传说电感的下面不能走线?还有一...

绿色部分为我的答复:

很少见到把开关电源的布线说的这么通俗易懂的了,关键还配了错与对的布线图对比,学习了。

另外,传说电感的下面不能走线?

------------------------------------

电感下面尽量不要走线,电感中存在di/dt,可能会对信号线造成干扰,导致产品不能稳定工作。

还有一个小白问题:稳压芯片的商业级和工业级,有什么不同?哪一个要求高些?

 

3.3V供电推荐:AZ1117CH-3.3TRG1(商业级),或者AZ1117H-3.3TRE1(工业级)。

5V供电推荐:AS78L05RTR-E1(贴片),LR78L05(插件)

商业级的温度只能到-25℃,工业级可以到-40℃,另外工业级的更可靠。

 

欢迎更多留言与交流。

 

q3397226930
杯吹的恩吉尼
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发表于2017-04-20 17:45:48   |  只看该作者
25#
广州电源 发表于2017-04-20 10:46:28  24# 绿色部分为我的答复:很少见到把开关电源的布线说的这么通俗易懂的了,关键还配了错与对的布线图对比,学习了。另外,传说电感的...
“电感的下面尽量不要走线”,有一个跟进的问题,假设电感安装在顶层,那么“电感的下面”是指顶层还是指底层还是两者都??谢谢解答!
我本农民工
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发表于2017-04-22 09:47:27   |  只看该作者
26#
广州电源 发表于2017-04-20 08:47:16  22# 感谢分享,后续可能用得到你们的电感。

谢谢支持,有需要联系我,我做电感15年了,一直做技术的,

姚阳18046917240

颐特电感,TS16919认证企业,电感质保3年,专业生产贴片电感13年,个人从业电感工程15年!姚阳18046917240
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发表于2017-04-22 09:55:17   |  只看该作者
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杯吹的恩吉尼 发表于2017-04-20 17:45:48  25# “电感的下面尽量不要走线”,有一个跟进的问题,假设电感安装在顶层,那么“电感的下面”是指顶层还是指底层还是两者都??谢谢...
电感是由软磁铁氧体加上铜线绕的线圈形成的,通电后会产生磁场,会干扰到离其最近的其它元件,需要做EMI处理,PC布线正常都要避开电感,以免产生信号干扰。
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发表于2017-04-22 13:45:26   |  只看该作者
28#
我本农民工 发表于2017-04-22 09:55:17  27# 电感是由软磁铁氧体加上铜线绕的线圈形成的,通电后会产生磁场,会干扰到离其最近的其它元件,需要做EMI处理,PC布线正常都...
从做电感的角度出发,是否有可能做出一款带屏蔽的电感呢?
q3397226930
我本农民工
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发表于2017-04-22 15:29:35   |  只看该作者
29#

正常的电感就分屏蔽和不屏蔽两类,但PCB布线是在电感正下方,屏蔽不了微弱的磁场影响,但对后面电路却是影响较大的


颐特电感,TS16919认证企业,电感质保3年,专业生产贴片电感13年,个人从业电感工程15年!姚阳18046917240
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发表于2017-04-22 15:40:56   |  只看该作者
30#
我本农民工 发表于2017-04-22 15:29:35  29# 正常的电感就分屏蔽和不屏蔽两类,但PCB布线是在电感正下方,屏蔽不了微弱的磁场影响,但对后面电路却是影响较大的
好的,明白了,那就是说电感下面尽量不要有走线。按规矩画图。
q3397226930
我本农民工
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发表于2017-04-22 16:27:09   |  只看该作者
31#
是的,常规贴片电感的焊盘间距也很小,锡膏厚度如果偏厚的话,过炉回流有导致锡与PCB布线短路的风险,且电感焊盘中间要保持安排距离,以防耐压不良。
颐特电感,TS16919认证企业,电感质保3年,专业生产贴片电感13年,个人从业电感工程15年!姚阳18046917240
广州电源
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发表于2017-05-05 14:22:32   |  只看该作者
32#
讲得不错,学习了
q3397226930
电源老顽童
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发表于2017-05-14 07:40:42   |  只看该作者
33#
学习了,拿个小本子记一下。
传播与分享电源知识
电源老顽童
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发表于2017-05-14 19:05:37   |  只看该作者
34#

我估计楼主是资深硬件设计工程师,推荐的这些物料,都是兼顾了品质与成本,做到了一个不错的平衡。我后续会在自己的智能家电产品上选用你的这些物料。

3.3V供电推荐:AZ1117CH-3.3TRG1(商业级),或者AZ1117H-3.3TRE1(工业级)。

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传播与分享电源知识
广州电源
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发表于2017-05-23 13:33:56   |  只看该作者
35#
电源老顽童 发表于2017-05-14 19:05:37  34# 我估计楼主是资深硬件设计工程师,推荐的这些物料,都是兼顾了品质与成本,做到了一个不错的平衡。我后续会在自己的智能家电产品...
一般DC-DC就是用这几颗物料了
q3397226930
不聊12
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发表于2017-09-14 20:06:36   |  只看该作者
36#
我本农民工 发表于2017-04-15 15:06:00  13# 我说的不多,需要用电感,或是电感在电源上怎么用,可以找我

我要5V/2W或1W的开关电源配件元件,可以合作吗?


PCB大虾
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发表于2018-09-02 22:57:58   |  只看该作者
37#

这次总算有老师讲明白了

广州电源
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发表于2020-04-25 17:29:12   |  只看该作者
38#
VX公众号:电源森林~欢迎大家关注交流~
q3397226930
xiaoyuanzi
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发表于2020-08-27 09:12:08   |  只看该作者
39#
广州电源 发表于2020-04-25 17:29:12  38# VX公众号:电源森林~欢迎大家关注交流~
楼主是MPS的FAE,想问问楼主,目前受疫情影响MPS的货源稳定吗,目前想用到MPS的DCDC,公司现在用的TI DCDC一片要10多元,想用MPS的替换试试。我在MPS官网看了很久了,现在选中MP9943,MP4423,MP2457这几款,但是其他商城看到的价格都是十几元一片。。。楼主这边方便告诉我下价格吗,另外我看MPS的DCDC体积越做越小,而且几乎都是QFN的封装,连散热衬底都没有,不知道能不能抗住好几安培电流的发热,虽然都是同步整流高效率,但还是比较不放心,之前用的DCDC都是带衬底的。。。
毛毛520
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发表于2022-11-19 20:48:57   |  只看该作者
40#
老总说得好

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