反激式开关电源PCB设计要点

对于开关电源的PCB布局及走线是一个很重要的环节，不是说原理图是正确的后续的工作就没有了，其实原理图设计的完成只能证明电路原理上是正确的，并不能说明按照这个原理图所设计出的电路板能正常工作，因为PCB合理布局及走线会很大程度上影响电路的正常工作，例如PCB布局不合理，首先会表现出来的就是电路的抗干扰能力差，并且对外辐射能力强。对于走大电流的开关电源而言，PCB布局不合理会造成电路板发热很严重。

所以说PCB布局及走线在开关电源的设计中占据很大一部分。对于走高速信号的PCB板更是如此。对于开关电源的布局走线的规则有很多，大体上可归结为为大功率元件放在顶层，贴片放在底层；高电压线以及大电流走线的线宽要达到要求，最好是以敷铜的形式；功率环路和反馈环路要小且两者最好要有一定间距；元件之间要有一定的间隔，元件到PCB边缘要有一定的间隔；芯片供电引脚上并联的电容要尽量靠近芯片电源引脚等等。

以下就本次设计的PCB布局走线的一点建议。

图1 反激电源整体原理图

图1开关电源从市电火线L和零线N进来后，有一个电流较大的保险管，如图1所示。这是因为板子上有其他市电交流负载，如交流电机等，当负载电流过大时，保护电路。该保险管电流参数需要根据实际负载功率计算选择。保险管后有一个压敏电阻（如图2所示），用于抑制浪涌和瞬时尖峰电压，当其两端电压高于其阈值时，压敏电阻值迅速下降，从而流过大电流，保护后级电路。在压敏电阻后又有一个电流较小的保险管（如图2所示），这才是真正针对板子开关电源的过流保护，防止电源电流过大，保护电路。

保险管后的NTC电阻（如图2所示），用于抑制开机时的浪涌电流，因为刚开机时，NTC温度较低，电阻值很大，抑制电流过大；当在电流作用下，NTC电阻温度升高，电阻值下降到很小，不影响正常工作电流。安规X电容(如图2所示）用于滤除市电的差模干扰，其后的3个电阻主要用于给X电容放电，以符合安规要求，防止在切断市电输入时，人手触摸到金属端子有触电感。使用多个电阻的原因是分散承受电压和功率。共模电感（如图2所示）用于滤除共模干扰电流。

图2输入部分电路

图2输入电容EC1在行业上有个3uF/W的通用原则，但需要注意的是该功率是输入功率而非输出功率，假设输出功率12W，效率为80%，则输入功率为15W，则输入电容至少为45uF，如图8所示。

由于反激电源演变自Buck-Boost，其输入回路和输出回路均是电流不连续路径，因此均要控制回路面积越小越好。输入电容EC1要靠近电源芯片，如图3所示。同理，输出整流二极管和输出电容也应该靠近变压器。

图3

图3RCD钳位电路用于吸收开关管关断时的Vds高压，防止损坏MOS管（电源芯片）。Layout时需将电容靠近变压器，电阻次之，如图4所示。

图4

图4光耦用于反馈输出电压，并进行隔离，II型补充设计原理图参考上述的文章，在此不再赘述。光耦反馈回路的初级GND最好不要和大电流路径的初级GND共用，以免受到干扰影响导致输出电压波动，因此采用单独拉一根GND地线到EC1的公共地，形成单点接地，如图5所示。

图5

图5并联于输出整流二极管两侧的RC阻容吸收回路，用于抑制二极管在高频通断情况下产生的EMI，因为二极管在导通瞬间会产生电压尖峰（电场），在关断瞬间会产生电压尖峰和电流尖峰（磁场）。输出电容EC2和EC3要注意均流设计，如图6所示，两个电容的电流路径是基本等长的，以避免某个电容因过流而提前失效。

图6

图6输出电压反馈节点需要从末端电容取出，以提高电压稳定精度，如图7所示。

图7

图8

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