设计和选用电源模块时应考虑的性能参数

随着工业4.0的蓬勃发展，对于系统供电单元提出了更高的要求，例如对模块的短路保护、纹波噪声、静态功耗等性能指标，那么这些指标如何才能一一满足各位工程师的需求呢？

1、短路保护关键性

稳定可靠性是根本，如工作时电源模块运行稳定可靠都不能保证，其他性能也就别提了。

从设计的角度来看，需要考虑当模块处于最恶劣环境时模块中每个器件电应力和热应力在允许范围内并保证留有一定裕量，且在系统受到一定干扰时，应保持稳定。

但在实际应用中，也存在着诸多模块使用损坏的情况，比较常见的情况是由于后端输出容性负载过大、由于人为失误导致输出短路或者输入端的开关管被击穿导致输入短路，最终致使模块损坏。该类模块损坏将会导致整个系统的前级电压被拉低，因而使后端的系统瘫痪，若模块前级的供电能力过高，将会导致整个PCB烧毁，造成严重损失，如下图1所示。

图1 电源模块损坏

目前市面上存在着支持短路保护的电源模块，但是不难发现该类模块的容性负载偏小，这是为什么呢？

2、容性负载和短路保护如何兼得？

目前电源行业中存在着模块的容性负载和过流保护两项指标无法兼得的难题。主要原因在于电源容性负载能力越大，常意味着限流点设置较高。在开机和输出短路时通常导致较高的电应力，甚至使变压器饱和。并且在电源从额定负载到限流点负载范围内，电源又无法实现短路保护，将严重影响电源可靠性、寿命等。

ZLG集团作为工业互联网生态系统领导品牌，博观而约取，厚积而薄发，打造自主电源IC ZLG1001。基于自主IC ZLG1001优异的性能，推出P系列全工况优选电源如下图2所示，实现短路保护与极强的容性负载能力，容性负载高达2200μF。P系列产品可满足所有工况需求，为用户提供稳定、优质的供电解决方案。

图2 P系列电源

除了短路保护功能意外，想必大家对于模块的输出性能也是相当的在意的，那么输出性能中最关键的输出特性有哪些需要注意的呢？

3、优质的纹波噪声和静态功耗

对单路输出电源，一般无最低负载要求。但当负载降低到额定负载10%以下，为降低电源空载或轻载功耗，会进入间歇工作模式，虽不影响其正常工作，但其纹波可能会增大并出现噪声。因此选用合适的规格功率是十分必要的。

但在某些行业工况下会出现功率低于10%以下的情况，例如仪表行业，即使选用1W的电源模块，但待机时，功率会低于10%，此时纹波噪声过大，会导致后端A/D、传感器工作异常，因此全工况低纹波噪声的电源模块是十分必要的，P系列电源基于高集成IC，相较于传统设计，纹波噪声低至40mV，为用户打造高可靠性供电环境。并且此类行业对于功耗要求也极其高，P系列静态电流低至5mA，待机功耗仅为25mW，待机如休眠般静谧，可有效降低待机时能量损失。

4、P系列电源概述

致远电子基于近二十年的电源设计经验积累，自主研发设计自主电源IC，打造全工况优选型DC-DC电源P(Priority)系列，满足所有工况需求，为用户提供稳定、优质的供电解决方案。

致远电子自主电源IC相较于传统方案，内部集成短路保护、过温保护等保护功能，具备更高的集成度与可靠性，保证全工况高效、稳定供电，能够为用户I/O及通信隔离等应用提供标准、可靠的供电解决方案。

●满载效率高达85%，轻载效率仍高至79%，容性负载高达2200μF，保证全工况高

效供电；

●纹波噪声低至50mV，为用户打造高可靠性供电环境；

●支持短路自恢复功能，最大程度为用户降低失效风险，失误而不失物；

●静态电流低至5mA，待机如休眠般静谧，可有效降低待机时能量损失；

●准汽车级的温度适应范围，覆盖-40℃~105℃，满足绝大部分复杂恶劣的工业现场

应用要求。

开关电源PCB设计流程及布线技巧

开关电源PCB设计流程及布线技巧在任何开关电源设计中，PCB板的物理设计都是最后一个环节，如果设计方法不当，PCB可能会辐射过多的电磁干扰，造成电源工作不稳定，以下针对各个步骤中所需注意的事项进行分析：一、从原理图到PCB的设计流程建立元件参数－》输入原理网表-》设计参数设置-》手工布局-》手工布线-》验证设计－》复查-》cam输出。二、参数设置相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。最小间距至少要能适合承受的电压，在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距，一般情况下将走线间距设为8mil。焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。如图：

三、元器件布局实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如，如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声；由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，因此，在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法。每一个开关电源都有四个电流回路：（1）电源开关交流回路（2）输出整流交流回路（3）输入信号源电流回路（4）输出负载电流回路输入回路通过一个近似直流的电流对输入电容充电，滤波电容主要起到一个宽带储能作用；类似地，输出滤波电容也用来储存来自输出整流器的高频能量，同时消除输出负载回路的直流能量。所以，输入和输出滤波电容的接线端十分重要，输入及输出电流回路应分别只从滤波电容的接线端连接到电源；如果在输入/输出回

DC-DC电源模块选型

DC/DC模块电源以其体积小巧、性能卓异、使用方便的显着特点，在通信、网络、工控、铁路、军事等领域日益得到广泛的应用。怎样正确合理地选用DC/DC模块电源呢，笔者将从DC/DC模块电源开发设计的角度，谈一谈这方面的问题，以供广大系统设计人员参考。 DCDC的意思是直流变（到）直流（不同直流电源值的转换），只要符合这个定义都可以叫DCDC转换器。具体是指通过自激振荡电路把输入的直流电转变为交流电，再通过变压器改变电压之后再转换为直流电输出，或者通过倍压整流电路将交流电转换为高压直流电输出。 1 电源模块选择需要考虑的几个方面额定功率封装形式温度范围与降额使用隔离电压功耗和效率 2 额定功率一般建议实际使用功率是模块电源额定功率的30～80%为宜（具体比例大小还与其他因素有关，后面将会提到。），这个功率范围内模块电源各方面性能发挥都比较充分而且稳定可靠。所有模块电源均有一定的过载能力，但是仍不建议长时间工作在过载条件下，毕竟这是一种短时应急之计。 3 封装形式 DC/DC变换器的外形尺寸和输出形式差异很大。小功率产品采用密封外壳，外形十分纤小；大功率产品常采用quarter-brick 或half-brick的形式，电路或暴露，或以外壳包裹。在选择时，需要注意以下两个方面：第一，引脚是否在同一平面上；第二，是否便于焊接。SMT 形式的变换器必须要符合IEC191-6:1990标准的要求，该标准对SMT器件引脚的共面问题做出了严格限定。如果变换器不能满足这个要求，就需要为其设计专门的焊接装配工艺，这会增加装配时间，提高生产成本。模块电源的封装形式多种多样，符合国际标准的也有，非标准的也有，就同一公司产品而言，相同功率产品有不同封装，相同封装有不同功率，那么怎么选择封装形式呢？主要有三个方面：① 一定功率条件下体积要尽量小，这样才能给系统其他部分更多空间更多功能；② 尽量选择符合国际标准封装的产品，因为兼容性较好，不局限于一两个供货厂家；③ 应具有可扩展性，便于系统扩容和升级。全部符合国际标准，为业界广泛采用的半砖、全砖封装，与VICOR、 LAMBDA等着名品牌完全兼容，并且半砖产品功率范围覆盖50～200W，全砖产品覆盖100～300W。 4 温度范围与降额使用

反激式开关电源PCB设计要点

反激式开关电源PCB设计要点反激电源整体原理图如图1所示。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。

电源设计模块芯片资料

7805稳压电源电路图 7805管脚图 7805典型应用电路图:

78XX系列集成稳压器的典型应用电路如下图所示，这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。IC采用集成稳压器7805，C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容，RL为负载电阻。当输出电较大时，7805 应配上散热板。下图为提高输出电压的应用电路。稳压二极管VD1串接在78XX稳压器2脚与地之间，可使输出电压Uo 得到一定的提高，输出电压Uo为78XX稳压器输出电压与稳压二极管VC1稳压值之和。VD2是输出保护

二极管，一旦输出电压低于VD1稳压值时，VD2导通，将输出电流旁路，保护7800稳压器输出级不被损坏。下图为输出电压可在一定范围内调节的应用电路。由于R1、RP电阻网络的作用，使得输出电压被提高，提高的幅度取决于RP与R1的比值。调节电位器RP，即可一定范围内调节输出电压。当RP=0时，输出电压Uo等于78XX稳压器输出电压；当RP逐步增大时，Uo也随之逐步提高。下图为扩大输出电流的应用电路。VT2为外接扩流率管，VT1为推动管，二者为达林顿连接。R1为偏置电阻。该电路最大输出电流取决于VT2的参数。 7905概述

下图为提高输入电压的应用电路。78XX稳压器的最大输入电压为35V（7824为40V），当输入电压高于此值时，可采用下图所示的电路。VT、R1和VD组成一个预稳压电路，使得加在7800稳压器输入端的电压恒定在VD的稳压值上（忽略VT的b-e结压降）。Ui端的最大输入电压仅取决于VT的耐压。集成稳压器还可以用作恒流源。下图为78XX稳压器构成的恒流源电路，其恒定电流Io等于78XX稳压器输出电压与R1的比值。

DC-DC电源模块常见应用问题分析与解决

DC-DC电源模块常见应用问题分析与解决微功率DC-DC电源模块以高集成度、高可靠性、简化设计等多重优势，广泛应用于电路设计中。虽然其应用电路简单，操作简单，但往往在应用时还是会遇到一些常见问题。针对此本文对电源模块常见的应用问题以及如何排除故障进行一次详细的分析。微功率DC-DC电源模块以高集成度、高可靠性、简化设计等多重优势，受到很多电子设计者的青睐。电源模块虽然应用电路简单，操作简单，但往往在应用时还是会遇到一些常见问题。针对此本文对电源模块常见的应用问题以及如何排除故障进行详细的分析，希望对设计者的电源模块选型时有所帮助。常见问题一：输出纹波噪声偏大原因1：模块在使用时，负载为动态负载，使得模块输出电压峰峰值变大，但注意这不是纹波噪声。当负载电流如果进行周期性突变时，模块输出电压的峰峰值会变大。这是一个瞬态量，但有时会被误以为是纹波噪声。所以当使用一个电源模块给多个电路单元供电时，对于有周期性负载变化的电路，前级需要增加π型滤波，减小这部分电路的瞬态变化对其他电路的干扰。例如，下图中电路B由于负载大小的变化，使得输入电压波动。为了减小电路B对电路A的干扰，建议在电路B的输入端增加π型滤波。图 1 电路链接框图原因2：示波器地线问题在测试电源输出的纹波噪声时，示波器的地线夹和地线、模块输出引脚形成一个环路，类似于天线接收器，会引入其他噪声。如果测试的环境干扰大，这种噪声也会由示波器引入，影响纹波噪声测试的结果。且平常我们购买的示波器探头的地与示波器内部的大地线相连，这种情况对工频干扰的抗扰能力弱，容易引入干扰噪声。所以在使用中最好保证示波器探头浮地处理（隔离开示波器的电源地，或者直接使用电池供电的示波器），减少引入的干扰。如果测量对象的供电电源也是浮地，这样更好，这样就不会导致电路特性的改变，使模块输出噪声增大。问题二：模块启动后，输出电压偏低原因1：输入端有防反接电路

电源模块设计分析

电源模块设计分析电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器(参看图1)，其特点是可为专用集成电路（ASIC）、数字信号处理器(DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列(FP GA) 及其他数字或模拟负载提供供电。一般来说，这类模块称为负载点(POL) 电源供应系统或使用点电源供应系统(PUPS)。由于模块式结构的优点甚多，因此高性能电信、网络联系及数据通信等系统都广泛采用各种模块。虽然采用模块有很多优点，但工程师设计电源模块以至大部分板上直流/直流转换器时，往往忽略可靠性及测量方面的问题。本文将深入探讨这些问题，并分别提出相关的解决方案。图1，电源供应器采用电源模块的优点目前不同的供应商在市场上推出多种不同的电源模块，而不同产品的输入电压、输出功率、功能及拓扑结构等都各不相同。采用电源模块可以节省开发时间，使产品可以更快推出市场，因此电源模块比集成式的解决方案优胜。电源模块还有以下多个优点： ● 每一模块可以分别加以严格测试，以确保其高度可靠，其中包括通电测试，以便剔除不合规格的产品。相较之下，集成式的解决方案便较难测试，因为整个供电系统与电路上的其他功能系统紧密联系一起。 ● 不同的供应商可以按照现有的技术标准设计同一大小的模块，为设计电源供应器的工程师提供多种不同的选择。 ● 每一模块的设计及测试都按照标准性能的规定进行，有助减少采用新技术所承受的风险。 ● 若采用集成式的解决方案，一旦电源供应系统出现问题，便需要将整块主机板更换；若采用模块式的设计，只要将问题模块更换便可，这样有助节省成本及开发时间。

容易被忽略的电源模块设计问题虽然采用模块式的设计有以上的多个优点，但模块式设计以至板上直流/直流转换器设计也有本身的问题，很多人对这些问题认识不足，或不给予足够的重视。以下是其中的部分问题： ● 输出噪音的测量； ● 磁力系统的设计； ● 同步降压转换器的击穿现象； ● 印刷电路板的可靠性。这些问题会将在下文中一一加以讨论，同时还会介绍多种可解决这些问题的简单技术。输出噪音的测量技术所有采用开关模式的电源供应器都会输出噪音。开关频率越高，便越需要采用正确的测量技术，以确保所量度的数据准确可靠。量度输出噪音及其他重要数据时，可以采用图2 所示的Tektronix 探针探头(一般称为冷喷嘴探头)，以确保测量数字准确可靠，而且符合预测。这种测量技术也确保接地环路可减至最小。图2，测量输出噪音数字进行测量时我们也要将测量仪表可能会出现传播延迟这个因素计算在内。大部分电流探头的传播延迟都大于电压探头。因此必须同时显示电压及电流波形的测量便无法确保测量数字的准确度，除非利用人手将不同的延迟加以均衡。电流探头也会将电感输入电路之内。典型的电流探头会输入600nH 的电感。对于高频的电路设计来说，由于电路可承受的电感不能超过1mH，因此，经由探头输入的电感会影响di/dt 电流测量的准确性，甚至令测量数字出现很大的误差。若电感器已饱和，则可采用

为一个通信电源系统选择整流模块要考虑很多因素过去

引言为一个通信电源系统选择整流模块要考虑很多因素。过去，大的垄断性的电信公司常常选择冗余量很大的系统方案。但是，随着全球性市场竞争的日趋激烈，这种选择方式将是不可取的。为了优化一个电源供电方案，有必要仔细考察许多相关因素，包括产品性能与价格问题，这样才能以最经济的方式满足最终用户的要求。各国在法律上不断对产品的安全性和EMC 提出新的要求，使得选择电源方案的条件更加苛刻。为每一个应用场合提供最优方案是必要的，但是为此从头开始设计每一个系统却是不可行的。可行的是使用标准组件来配置系统。整流模块是电源系统的心脏，选的模块不正确，很难提供最优的电源系统配置。本文研究了与模块有关的许多因素以及模块的运行环境，并从逻辑上提供选择通信电源系统整流模块的方法。本文涉及范围仅限于单相200W?6kW 的整流模块。但许多思路可应用在其它电源上。 2 冷却方式—风冷和自冷的选择一个系统的冷却方式对整流模块的选择有非常大的影响。有些系统要求自然冷却（简称自冷），有些则可以接受风扇冷却（简称风冷）。在同样功率、同等条件下，风冷和自冷模块的最大区别在于外形大小及成本多少。西方大的电信公司传统上选择自然冷却，这样可得到较长的产品寿命，明显低的维护成本，电源的初始成本也不象现在这么贵（现在自冷的模块很贵）。这样，选择冗余量很大的系统方案也可以接受，它可以更加安全地供电。风冷模块在成本和尺寸上的优势被它的缺点所抵消（如噪音，灰尘，风扇寿命和可靠性）但实际上这些缺点并不是最首要考虑的问题。一个外壳设计得很糟糕的自冷模块的可靠性比采用风冷的模块要低得多，因为风冷模块的冷却与外壳设计无关。另外，风冷产品的关键—半导体器件比自冷系统温升更低，因而更可靠。要求设计寿命超过7 年时，传统上不采用风扇。但是，如果允许定期更换风扇，就有可能得到设计寿命更长的风冷系统。如果风冷整流模块设计成具有风扇性能监测、现场易于更换风扇的特性，则允许系统以低成本获得高可靠性。20 多年以来对整流模块既要经济、又要长寿命的设计要求是风冷产品得以生存的条件。除了上面提到的风冷和自冷技术外，另外两种技术也越来越流行：冷却。 2.1 外部系统冷却外部系统冷却是指由中央冷却装置提供空气流对整流模块进行冷却。高功率密度，而且避免了模块电源内装风扇带来的一些缺点。这给集成到整个通信系统中去的供应商带来显著益处。比如：外部系统冷却和辅助这种方法可以得到OEM 应用中把电源系统

48V50A开关电源整流模块主电路设计

48V/50A开关电源整流模块主电路设计高频开关电源系统具有体积小，重量轻，高效节能，输出纹波小，输出杂音电压小和动态响应性能好等很多优点，现已开始逐步地取代整流式电源而成为现代通讯设备的新型基础电源系统。随着电子技术，电力电子技术，自动控制技术和计算机控制技术的发展，高频开关电源系统的性能也越来越好。通信用开关电源系统作为开关式稳压电源的一种形式，它的设计内容和设计方法都具有自己的特殊性。要设计一套通信用开关电源系统，首先要明白对它的全面要求，然后再设计系统的各个部分。高频开关电源主回路和控制回路所用的电路形式，元器件，控制方式都发展很快。它们的设计具有特殊的内容和方法。 1设计要求和具体电路设计通信基础开关电源系统的关键部分是开关电源整流模块。整流模块的规格很多，结合在工作中遇到的实际情况，提出该模块设计的硬指标如下： 1) 电网允许的电压波动范围单相交流输入，有效值波动范围：220 V±20%，即176～264 V；频率：45～65 Hz。 2) 直流输出电压，电流输出电压：标称－48V，调节范围：浮充，43～56?5V；均充，45～58V。输出电流：额定值：50A。 3) 保护和告警性能 ①当输入电压低到170 VAC或高到270 VAC，或散热器温度高到75 ℃时，自动关机。 ②当模块直流输出电压高到60 V，或输出电流高到58～60 A时，自动关机。 ③当输出电流高到53～55 A时，自动限流，负载继续加大时，调低输出电压。

4) 效率和功率因数模块的效率不低于88％，功率因数不低于0.99。 5) 其他指标模块的其他性能指标都要满足“YD/T731”和“入网检验实施细则”等行业标准。由于模块的输出功率不大，可采用如下的基本方案来设计主电路： 1) 单相交流输入，采用高频有源功率因数校正技术，以提高功率因数； 2) 采用双正激变换电路拓扑形式，工作可靠性高； 3) 主开关管采用 V MOSFET，逆变开关频率取为50 kHz； 4) 采用复合隔离的逆变压器，一只变压器双端工作； 5) 采用倍流整流电路，便于绕制变压器。依照上述方案，即可设计出主电路的基本形式如图1。图1 48V/50A整流模块DC/DC主电路基本形式以下即可按照模块设计的要求来确定主电路中各元器件的基本参数。 1) 输出整流管的选择输出整流二极管的工作波形如图2所示。

开关电源的PCB布局走线

首先从开关电源的设计及生产工艺开始描述吧，先说说印制板的设计。开关电源工作在高频率,高脉冲状态，属于模拟电路中的一个比较特殊种类。布板时须遵循高频电路布线原则。 1、布局:脉冲电压连线尽可能短,其中输入开关管到变压器连线，输出变压器到整流管连接线。脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变压器电路中X电容要尽量接近开关电源输入端,输入线应避免与其他电路平行，应避开。 Y电容应放置在机壳接地端子或FG连接端。共摸电感应与变压器保持一定距离，以避免磁偶合。如不好处理可在共摸电感与变压器间加一屏蔽，以上几项对开关电源的EMC性能影响较大。输出电容一般可采用两只一只靠近整流管另一只应靠近输出端子,可影响电源输出纹波指标，两只小容量电容并联效果应优于用一只大容量电容。发热器件要和电解电容保持一定距离，以延长整机寿命，电解电容是开关电源寿命的瓶劲,如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离，电解之间也须留出散热空间,条件允许可将其放置在进风口控制部分要注意:高阻抗弱信号电路连线要尽量短如取样反馈环路，在处理时要尽量避免其受干扰、电流取样

信号电路，特别是电流控制型电路，处理不好易出现一些想不到的意外，其中有一些技巧现以3８43电路举例见图（1）图一效果要好于图二，图二在满载时用示波器观测电流波形上明显叠加尖刺，由于干扰限流点比设计值偏低，图一则没有这种现象、还有开关管驱动信号电路，开关管驱动电阻要靠近开关管,可提高开关管工作可靠性，这和功率 MＯＳFET高直流阻抗电压驱动特性有关。下面谈一谈印制板布线的一些原则。线间距：随着印制线路板制造工艺的不断完善和提高,一般加工厂制造出线间距等于甚至小于0．１mｍ已经不存在什么问题,完全能够满足大多数应用场合。考虑到开关电源所采用的元器件及生产工艺，一般双面板最小线间距设

开关电源的PCB布线要求

开关电源的PCB布线设计开关电源PCB排版是开发电源产品中的一个重要过程。许多情况下，一个在纸上设计得非常完美的电源可能在初次调试时无法正常工作，原因是该电源的PCB排版存在着许多问题． 0、引言为了适应电子产品飞快的更新换代节奏，产品设计工程师更倾向于选择在市场上很容易采购到的AC／DC适配器，并把多组直流电源直接安装在系统的线路板上。由于开关电源产生的电磁干扰会影响到其电子产品的正常工作，正确的电源PCB排版就变得非常重要。开关电源PCB排版与数字电路PCB排版完全不一样。在数字电路排版中，许多数字芯片可以通过PCB软件来自动排列，且芯片之间的连接线可以通过PCB软件来自动连接。用自动排版方式排出的开关电源肯定无法正常工作。所以，没计人员需要对开关电源PCB排版基本规则和开关电源工作原理有一定的了解。 1、开关电源PCB排版基本要点 1.1 电容高频滤波特性图1是电容器基本结构和高频等效模型。电容的基本公式是式(1)显示，减小电容器极板之间的距离(d)和增加极板的截面积(A)将增加电容器的电容量。电容通常存在等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)二个寄生参数。图2是电容器在不同工作频率下的阻抗(Zc)。

一个电容器的谐振频率(fo)可以从它自身电容量(C)和等效串联电感量(LESL)得到，即当一个电容器工作频率在fo以下时，其阻抗随频率的上升而减小，即当电容器工作频率在fo以上时，其阻抗会随频率的上升而增加，即当电容器工作频率接近fo时，电容阻抗就等于它的等效串联电阻(RESR)。电解电容器一般都有很大的电容量和很大的等效串联电感。由于它的谐振频率很低，所以只能使用在低频滤波上。钽电容器一般都有较大电容量和较小等效串联电感，因而它的谐振频率会高于电解电容器，并能使用在中高频滤波上。瓷片电容器电容量和等效串联电感一般都很小，因而它的谐振频率远高于电解电容器和钽电容器，所以能使用在高频滤波和旁路电路上。由于小电容量瓷片电容器的谐振频率会比大电容量瓷片电容器的谐振频率要高，因此，在选择旁路电容时不能光选用电容值过高的瓷片电容器。为了改善电容的高频特性，多个不同特性的电容器可以并联起来使用。图3是多个不同特性的电容器并联后阻抗改善的效果。

开关电源选型注意事项

开关电源选型注意事项在进行电器电路模块设计或给新产品定型时，有时极少认真考虑配套开关电源的选择，直到发现问题出在开关电源部分，才重新评估这个问题。一、选择开关电源的基本依据电压和电流范围，这是两个最容易确定的指标，只要根据电路的功耗计算出即可。也应考虑测试高、低供电电压极值。大多数固定电源允许输出电压±10%的范围内变化，如果这还不能满足电路要求，可选用输出可调的或允许更大变化范围的电源。如果用该电源给组合式装置供电，则装置所需最大的电流的75%到90%由一个电源提供，不够部分可并接两个或更多电源。二、开关电源的扩展和安全性 1、并联或串联工作当一个电源不能满足所需的电压或电流范围时，可将两个或多个电源(或将同一电源的不同输出)并联或串联起来使用。在这种工作模式下，各电源模块间的稳压和控制电路之间的联系仍然存在，只不过一个电源作为主控方另一个电源作为受控方使用。 2、过载保护因为一个电源要供给不同的电路使用，这些电路的电流的流量可能是未知的，为了避免对电源的损坏，需设置保护电路的范围。几乎所有的电源都具有以下特点：在超出输出范围时，要么输出保持在最大输出值，要么就自行关闭电源。某些程控电源除可用程序设定输出范围外，还能自动设置电源稳定输出的类型。也就是说，当外电路需要的电压或电流超过设置极限时，电源可自动地由恒压源变成恒流源或由值流源变成恒压源。为电源加上保护二极管可以防止误接外接电源的极性造成的损坏。热传感器也可用于防止由于电源持续工作在过载状态或冷却无效而烧坏电源。三、开关电源内部潜在的造成损害的根源 1、脉动与噪声理想的直流电源应提供纯净的直流，然而总有一些干扰存在，比如在开关电源输出端口叠加的脉动电流和高频振荡。这两种干扰再加上电源本身产生的尖峰噪声使电源出现断续和随意的漂移。 2、稳定度当线电压或负载电流变化肘，直流电源的输出电压也会有所起伏。稳压程度由稳压电路的参数决定，参数是指滤波电容的容量和能量释放的速率。如果给电源供电的一个相对恒定的电源，那么只需基本的负载稳压。稳定度的大小一般定义为空载或满载时输出电压的百分比，或电压的变化值。 3、内部阻抗相对较大的电源内阻对负载来讲有两点不利，首先是不利于负载稳压电路工作，更为不利的是负载电流的任何变化都会导致直流电源输出的起伏，这种起伏对测试结果的影响同脉冲与噪声对测试结果造成的影响完全相同。 4、开关电源瞬态响应或恢复电源瞬态响应和恢复时间的大小表明输出负载突然变化时，电源稳压电路恢复正常电压能力的大小。有两种参数来标定电源瞬态响应和恢复：一是当负载突然发生变化时输出的

电源电路设计模块图

电源电路单元前面介绍了电路图中的元器件的作用和符号。一张电路图通常有几十乃至几百个元器件，它们的连线纵横交叉，形式变化多端，初学者往往不知道该从什么地方开始，怎样才能读懂它。其实电子电路本身有很强的规律性，不管多复杂的电路，经过分析可以发现，它是由少数几个单元电路组成的。好象孩子们玩的积木，虽然只有十来种或二三十种块块，可是在孩子们手中却可以搭成几十乃至几百种平面图形或立体模型。同样道理，再复杂的电路，经过分析就可发现，它也是由少数几个单元电路组成的。因此初学者只要先熟悉常用的基本单元电路，再学会分析和分解电路的本领，看懂一般的电路图应该是不难的。按单元电路的功能可以把它们分成若干类，每一类又有好多种，全部单元电路大概总有几百种。下面我们选最常用的基本单元电路来介绍。让我们从电源电路开始。一、电源电路的功能和组成每个电子设备都有一个供给能量的电源电路。电源电路有整流电源、逆变电源和变频器三种。常见的家用电器中多数要用到直流电源。直流电源的最简单的供电方法是用电池。但电池有成本高、体积大、需要不时更换（蓄电池则要经常充电）的缺点，因此最经济可靠而又方便的是使用整流电源。电子电路中的电源一般是低压直流电，所以要想从 220 伏市电变换成直流电，应该先把220 伏交流变成低压交流电，再用整流电路变成脉动的直流电，最后用滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分后才能得到直流电。有的电子设备对电源的质量要求很高，所以有时还需要再增加一个稳压电路。因此整流电源的组成一般有四大部分，见图 1 。其中变压电路其实就是一个铁芯变压器，需要介绍的只是后面三种单元电路。二、整流电路整流电路是利用半导体二极管的单向导电性能把交流电变成单向脉动直流电的电路。（ 1 ）半波整流半波整流电路只需一个二极管，见图 2 （ a ）。在交流电正半周时 VD 导通，负半周时 VD 截止，负载 R 上得到的是脉动的直流电

开关电源EMI设计-电源PCB设计要点

开关电源EMI设计-电源PCB设计要点摘要：由于开关电源的开关特性，容易使得开关电源产生极大的电磁兼容方面的干扰，作为一个电磁兼容工程师，或则一个PCB layout 工程师必须了解电磁兼容问题的原因已经解决措施，特别是layout 工程师，需要了解如何避免脏点的扩大，本文主要介绍了电源PCB 设计的要点。 1，几个基本原理：任何导线都是有阻抗的；电流总是自动选择阻抗最小的路径；辐射强度和电流、频率、回路面积有关；共模干扰和大dv/dt 信号对地互容有关；降低EMI 和增强抗干扰能力的原理是相似的。 2，布局要按电源、模拟、高速数字及各功能块进行分区。 3，尽量减小大di/dt 回路面积，减小大dv/dt 信号线长度（或面积，宽度也不宜太宽，走线面积增大使分布电容增大，一般的做法是：走线的宽度尽量大，但要去掉多余的部分），并尽量走直线，降低其隐含包围区域，以减小辐射。 4，感性串扰主要由大di/dt 环路（环形天线），感应强度和互感成正比，所以减小和这些信号的互感（主要途径是减小环路面积、增大距离）比较关键；容性串扰主要由大dv/dt 信号产生，感应强度和互容成正比，所有减小和这些信号的互容（主要途径是减小耦合有效面积、增大距离，互容随距离的增大降低较快）比较关键。 5，尽量利用环路对消的原则来布线，进一步降低大di/dt 回路的面积，如图1 所示（类似双绞线利用环路对消原理提高抗干扰能力，增大传输距离）：

图1 ，环路对消（boost 电路的续流环） 6，降低环路面积不仅降低了辐射，同时还降低了环路电感，使电路性能更佳。 7，降低环路面积要求我们精确设计各走线的回流路径。 8，当多个PCB 通过接插件进行连接时，也需要考虑使环路面积达到最小，尤其是大di/dt 信号、高频信号或敏感信号。最好一个信号线对应一条地线，两条线尽量靠近，必要时可以用双绞线进行连接（双绞线每一圈的长度对应于噪声半波长的整数倍）。如果大家打开电脑机箱，就可以看到主板到前面板USB 接口就是用双绞线进行连接，可见双绞线连接对于抗干扰和降低辐射的重要性。 9，对于数据排线，尽量在排线中多安排一些地线，并使这些地线均匀分布在排线中，这样可以有效降低环路面积。 10，有些板间连接线虽然是低频信号，但由于这些低频信号中含有大量的高频噪声（通过传导和辐射），如果没有处理好，也很容易将这些噪声辐射出去。 11，布线时首先考虑大电流走线和容易产生辐射的走线。 12，开关电源通常有4 个电流环：输入、输出、开关、续流，（如图2 ）。其中输入、输出两个电流环几乎为直流，几乎不产生emi ，但容易受干扰；开关、续流两个电流环有较大的di/dt ，需要注意。如果输入、输出两个电容用多

5V电源电路设计(包括电路各模块的详解)

5v电源电路的设计本设计是要设计一个+5V直流电源供电，这里没有直接的+5V电压，而直流电源的输入电压为220V的电网电压，在正常情况下，这一电网电压是远远的高于本设计所需的电压值，因而需要先使用变压器，将220V的电网电压降低后，再进行下一阶段的处理[4]。变压器是这一电源电路起始部分，将220V的电网电压转变为本设计所需的较低的电压，就可以进行下一阶段的整流部分。一般规定v1为变压器的高压侧，v2为变压器的低压侧，v1侧的线圈要比v2侧的线圈要多，这样就可以将220V 的电网电压降低，如图1所示：图1变压器单相桥式整流电路，就是将交流电网电压转换为所需电压，整流电路由四只整流二极管组成。下面简单介绍一下单相桥式整流电路的工作原理，为简便起见，这里所选的二极管都是理想的二极管，二极管正向导通时电阻为零，反向导通时电阻无穷大。在v2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，经过二极管D1，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D4正向导通，D2、D3反向截止，产生一个极性为上正下负的输出电压。在v2的负半周，其极性正好相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，经过二极管D2，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D4反向截止，D2、D3正向导通。桥式整流电路利用了二极管的单向导电性，利用四个二极管，是它们交替导通，从而负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压[6]。单相桥式整流电路如图2所示：

图2单相桥式整流电路本设计的滤波电路采用的是电解电容和二极管并联方式滤波，简单的讲就是电容两端电压升高时，电容充电，电压降低时，电容放电，让电压降低时的坡度变得平缓，从而起到滤波的作用。这里选用电解电容是因为电解电容单位体积的电容量非常大，能比其它种类的电容大几十到数百倍，并且其额定的容量可以做到非常大，价格比其它种类相比具有相当大的优势，因为其组成材料都是普通的工业材料，比如铝等等。电解电容并联二极管，有效防止了电压反相。滤波电路如图3所示：图3滤波电路三端稳压器MC78M05CT将输出电压稳定在+5V上，三端稳压器如图4所示：

开关电源PCB设计实例

开关电源PCB设计实例标签：开关电源PCB 印制电路板的制作所有开关电源设计的最后一步就是印制电路板(PCB)的线路设计。如果这部分设计不当，PCB也会使电源工作不稳定，发射出过量的电磁干扰(EMI)。设计者的作用就是在理解电路工作过程的基础上，保证PCB设计合理。开关电源中，有些信号包含丰富的高频分量，因而任何一条PCB引线都可能成为天线。引线的长和宽影响它的电阻和电感量，进而关系到它们的频率响应。即使是传送直流信号的引线，也会从邻近的引线上引入RF(射频)信号，使电路发生故障，或者把这干扰信号再次辐射出去。所有传送交流信号的引线要尽可能短且宽。这意味着任何与多条功率线相连的功率器件要尽可能紧挨在一起，以减短连线长度。引线的长度直接与它的电感量和电阻量成比例，它的宽度则与电感量和电阻量成反比。引线长度就决定了其响应信号的波长，引线越长，它能接收和传送的干扰信号频率就越低，它所接收到的RF(射频)能量也越大。主要电流环路每一个开关电源内部都有四个电流环路，每个环路要与其他环路分开。由于它们对PCB布局的重要性，下面把它们列出来： 1．功率开关管交流电流环路。 2．输出整流器交流电流环路。 3．输入电源电流环路。 4．输出负载电流环路。

图59a、b、c画出了三种主要开关电源拓扑的环路。通常输入电源和负载电流环路并没有什么问题。这两个环路上主要是在直流电流上叠加了一些小的交流电流分量。它们一般有专门的滤波器来阻止交流噪声进入周围的电路。输入和输出电流环路连接的位置只能是相应的输入输出电容的接线端。输入环路通过近似直流的电流对输入电容充电，但它无法提供开关电源所需的脉冲电流。输入电容主要是起到高频能量存储器的作用。类似地，输出滤波电容存储来自输出整流器的高频能量，使输出负载环能以直流方式汲取能量。因此，输入和输出滤波电容接线端的放置很重要。如果输入或输出环与功率开关或整流环的连接没有直接接到电容的两端，交流能量就会从输入或输出滤波电容上流进流出，并通过输入和输出电流环“逃逸”到外面环境中。功率开关和整流器的交流电流环路包含非常高的PWM开关电源典型的梯形电流波形。这些波形含有延展到远高于基本开关频率的谐波。这些交流电流的峰值有可能是连续输入或输出直流电流的2～5倍。典型的转换时间大约是50ns，因而这两个环路最有可能产生电磁干扰(EMI)。在电源PCB制作中，这些交流电流环路的布线要在其他引线之前布好。每个环路由三个主要器件组成：滤波电容、功率开关管或整流器、电感或变压器。它们的放置要尽可能靠近。这些器件的方向也要确定好，以使它们之间的电流通路尽可能短。图60就

DCDC模块的选择

DCDC模块的选择 DC/DC模块电源以其体积小巧、性能卓异、使用方便的显著特点，在通信、网络、工控、铁路、军事等领域日益得到广泛的应用。很多系统设计人员已经意识到：正确合理地选用DC/DC模块电源，可以省却电源设计、调试方面的麻烦，将主要精力集中在自己专业的领域，这样不仅可以提高整体系统的可靠性和设计水平，而且更重要的是缩短了整个产品的研发周期，为在激烈的市场竞争中领先致胜赢得了宝贵商机。那么，怎样正确合理地选用DC/DC模块电源呢，笔者将从DC/DC模块电源开发设计的角度，谈一谈这方面的问题，以供广大系统设计人员参考。电源模块选择需要考虑的几个方面额定功率封装形式温度范围与降额使用隔离电压功耗和效率额定功率一般建议实际使用功率是模块电源额定功率的30～80%为宜（具体比例大小还与其他因素有关，后面将会提到。），这个功率范围内模块电源各方面性能发挥都比较充分而且稳定可靠。负载太轻造成资源浪费，太重则对温升、可靠性等不利。所有模块电源均有一定的过载能力，但是仍不建议长时间工作在过载条件下，毕竟这是一种短时应急之计。封装形式 DC/DC变换器的外形尺寸和输出形式差异很大。小功率产品采用密封外壳，外形十分纤小；大功率产品常采用quarter-brick或half-brick的形式，电路或暴露，或以外壳包裹。在选择时，需要注意以下两个方面：第一，引脚是否在同一平面上；第二，是否便于焊接。 SMT形式的变换器必须要符合IEC191-6:1990标准的要求，该标准对SMT器件引脚的共面问题做出了严格限定。器件引脚不共面会造成器件装配时定位困难，严重影响焊

电源模块EMC设计

电源模块EMC设计想必大家对电源模块一点都不陌生，而EMC性能作为电源模块的重要指标，在选型时，你知道如何深入的了解各类电源模块的EMC性能吗？在应用时，又该怎样提升模块的EMC 防护能力？本文将为您解答。众所周知，EMC是指电磁兼容测试，指设备所产生的电磁能量既不对其它设备产生干扰，也不受其他设备的电磁能量干扰的能力。隔离电源模块的EMC测试包含EMI（电磁干扰）测试和EMS（电磁抗扰度）测试两项，那么如何保证电源模块的EMC性能呢？本文将为大家揭晓。 1、EMC简介 EMI电磁干扰指被测设备对周围设备产生干扰的能力，主要包括传导骚扰CE、辐射骚扰RE。电源模块的EMS电磁抗扰度指由于在正常运行时，设备或系统能承受相应标准规定范围内的电磁能量干扰，根据国标根据国标GB/T 16821-2007 《通信用电源设备通用试验方法》中规定电源模块测试主要包括群脉冲抗扰度（EFT）、浪涌抗扰度（SURGE）、静电放电抗扰、辐射抗扰度等项目。 EMC的产生必须具备的三要素，干扰源、传输介质以及敏感设备，如下图1所示。三者缺一个都构不成EMC问题，那么电源模块的设计中仅需针对其中一个方面进行整改即可实现EMC防护，例如从干扰源进行根除、改善传输介质避免干扰传递或将敏感设备远离干扰源等方法。图1 EMC三要素 2、EMC干扰防护第一式——电路设计高功率密度、高转换效率的电源模块一般都是开关电源，在开关管开通、关断时，电压和电流都会被斩波，造成较大瞬态变化（di/dt、dv/dt），所以电源模块不论其使用什么样的拓扑结构，只要是开关电源，其都会产生一定程度的EMC干扰如图2所示。

开关电源PCB设计要点及实例分析

开关电源PCB设计要点及实例分析开关电源PCB设计要点及实例分析开关电源PCB设计要点及实例分析为了适应电子产品飞快的更新换代节奏，产品设计工程师更倾向于选择在市场上很容易采购到的AC/DC适配器，并把多组直流电源直接安装在系统的线路板上。由于开关电源产生的电磁干扰会影响到其电子产品的正常工作，正确的电源PCB设计就变得非常重要。开关电源PCB设计与数字电路PCB设计完全不一样。在数字电路排版中，许多数字芯片可以通过PCB软件来自动排列，且芯片之间的连接线可以通过PCB软件来自动连接。用自动排版方式排出的开关电源肯定无法正常工作。所以,设计人员需要对开关电源PCB设计基本规则和开关电源工作原理有一定的了解。 1 开关电源PCB设计基本要点 1.1 电容高频滤波特性图1是电容器基本结构和高频等效模型。图1 电容器结构和寄生等效串联电阻和电感电容的基本公式是 C=Εrε0 （1）

式（1）显示，减小电容器极板之间的距离（D）和增加极板的截面积（A）将增加电容器的电容量。电容通常存在等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）二个寄生参数。图2是电容器在不同工作频率下的阻抗（ZC）。图2 电容阻抗（ZC）曲线一个电容器的谐振频率（F0）可以从它自身电容量（C）和等效串联电感量（LESL）得到，即 F0= （2）当一个电容器工作频率在F0以下时，其阻抗随频率的上升而减小，即 ZC= （3）当电容器工作频率在F0以上时，其阻抗会随频率的上升而增加，即 ZC=J2πfLESL（4）当电容器工作频率接近F0时，电容阻抗就等于它的等效串联电阻（RESR）。电解电容器一般都有很大的电容量和很大的等效串联电感。由于它的谐振频率很低，所以只能使用在低频滤波上。钽电容器一般都有较大电容量和较小等效串联电感，

电源模块设计分析

电源模块设计分析 Khanna 作者： Ramesh 美国国家半导体首席应用技术工程师图1：电源供应电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器 (参看图1)，其特点是可为特殊应用集成电路（ASIC）、数字信号处理器 (DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列 (FPGA) 及其他数字或模拟负载提供供电。一般来说，这类模块称为负载点电源供应系统 (POL) 或使用点电源供应系统 (PUPS)。由于模块式结构的优点甚多，因此高性能电信、网络联系及数据通信等系统都广泛采用各种模块。虽然采用模块有很多优点，但工程师设计电源模块以至大部分板上直流/直流转换器时，往往忽略可靠性及测量方面的问题。下文将会审视这些问题，并分别提出相关的解决方案。采用电源模块的优点目前不同的供应商在市场上推出多种不同的电源模块，而不同产品的输入电压、输出功率、功能及拓扑结构等都各不相同。采用电源模块可以节省开发时间，使产品可以更快推出市场，因此电源模块比集成式的解决方案优胜。电源模块还有以下多个优点：

? 每一模块可以分别加以严格测试，以确保其高度可靠，其中包括通电测试，以便剔除不合规格的产品。相较之下，集成式的解决方案便较难测试，因为整个供电系统与电路上的其他功能系统紧密联系一起。 ? 不同的供应商可以按照现有的技术标准设计同一大小的模块，为设计电源供应器的工程师提供多种不同的选择。 ? 每一模块的设计及测试都按照标准性能的规定进行，有助减少采用新技术所承受的风险 ? 若采用集成式的解决方案，一旦电源供应系统出现问题，便需要将整块主机板更换；若采用模块式的设计，只要将问题模块更换便可，这样有助节省成本及开发时间经常被忽略的电源模块设计问题虽然采用模块式的设计有以上的多个优点，但模块式设计以至板上直流/直流转换器设计也有本身的问题，很多人对这些问题认识不足，或不给予足够的重视。以下是其中的部分问题： ? 输出噪音的测量 ? 磁力系统的设计 ? 同步降压转换器的击穿现象 ? 印刷电路板的可靠性这些问题会在下文一一加以讨论，下文还会介绍多种可解决这些问题的简单技术。输出噪音的测量技术所有采用开关模式的电源供应器都会输出噪音。开关频率越高，便越需要采用正确的测量技术，以确保所量度的数据准确可靠。量度输出噪音及其他重要数据时，可以采用图 2 所示的 Tektronix 探针探头 (一般称为冷喷嘴探头)，以确保测量数字准确可靠，而且符合预测。这种测量技术也确保接地环路可减至最小。

开关电源PCB设计要点及实例分析

开关电源PCB设计要点及实例分析全站搜索搜索开关电源PCB设计要点及实例分析开关电源PCB设计要点及实例分析为了适应电子产品飞快的更新换代节奏，产品设计工程师更倾向于选择在市场上很容易采购到的AC/DC适配器，并把多组直流电源直接安装在系统的线路板上。由于开关电源产生的电磁干扰会影响到其电子产品的正常工作，正确的电源PCB设计就变得非常重要。开关电源PCB设计与数字电路PCB设计完全不一样。在数字电路排版中，许多数字芯片可以通过PCB软件来自动排列，且芯片之间的连接线可以通过PCB软件来自动连接。用自动排版方式排出的开关电源肯定无法正常工作。所以,设计人员需要对开关电源PCB设计基本规则和开关电源工作原理有一定的了解。 1 开关电源PCB设计基本要点 1.1 电容高频滤波特性图1是电容器基本结构和高频等效模型。图1 电容器结构和寄生等效串联电阻和电感电容的基本公式是 C=Εrε0 （1）