开关电源非隔离高低压混合布板方式
开关电源PCB排版基本要点
开关电源PCB排版基本要点开关电源是现代电子产品中最常用的电源类型之一，其特点是具有高能效、高稳定性、高可靠性和高安全性等诸多优点，在电子设备中被广泛应用。
而开关电源PCB的排版也是开关电源设计过程中不可避免的一部分，其质量和效率直接影响到开关电源的性能和使用寿命。
因此，掌握开关电源PCB排版基本要点对于开关电源的设计、制造和使用都是非常重要的。
1.选择适当的PCB材料选择适当的PCB材料是开关电源PCB排版的第一步。
开关电源的高频开关和驱动信号需要在PCB上传输，因此PCB材料必须具备良好的高频性能。
此外，开关电源PCB上承载电流较大，需要具备良好的绝缘性和耐高温性能。
一般来说，FR-4玻璃纤维板是开关电源PCB的常用材料，如果需要更高的性能，还可以选择更高阶的材料，如RO4350B等。
2.选择适当的PCB布局方案开关电源PCB的布局方案直接影响到开关电源的性能和稳定性。
布局方案应该尽量使得开关电源的各个功能模块之间距离近，缩短信号传输路径和电路反应时间。
另外布局中各个电源模块的位置和连接线的长度也需要优化，这样可以减少信号传输的失真和损耗。
同时，还需要注意不同功能模块之间的干扰和交叉干扰，要保持一定的距离和阻隔，避免不必要的干扰。
3.合理地安排元器件位置和布局元器件的位置和布局是开关电源PCB排版的核心内容。
一般来说，根据功能模块的不同，可以将元器件分为输入电路、输出电路、控制电路和保护电路等几类。
在进行元器件位置和布局时，要根据不同的电路模块进行划分，将各个元器件放置到相应的区域内。
另外，元器件的放置位置应该尽量靠近使用的模块，对于需要进行热量分散的元器件还要按照规定的热点分布方式进行排布，以提高开关电源的散热效果和稳定性。
4.合理地引出信号和电源线路在开关电源PCB排版时，合理引出信号线路和电源线路非常重要。
电源线路尤其需要注意，要确保其布局合理、电线宽度充足和分布均衡。
信号线路要避免走线交叉、过于靠近引脚和元器件等不利于信号传输的情况，尽量使得走线折线尖锐程度合理、走线宽度符合设计要求，提高信号传输的稳定性和准确性。
开关电源原理、分类及布线规则
开关电源原理及分类1、12V/5V两路输出开关电源。
（1）原理图设计（参考PI软件给出的解决方案）（拓扑图）采用反激式。
/blog/100019999主回路—开关电源中，功率电流流经的通路。
主回路一般包含了开关电源中的开关器件、储能器件、脉冲变压器、滤波器、输出整流器、等所有功率器件，以及供电输入端和负载端。
开关电源（直流变换器）的类型很多，在研究开发或者维修电源系统时，全面了解开关电源主回路的各种基本类型，以及工作原理，具有极其重要的意义。
开关电源主回路可以分为隔离式与非隔离式两大类型。
1. 非隔离式电路的类型：非隔离——输入端与输出端电气相通，没有隔离。
1.1. 串联式结构串联——在主回路中开关器件（下图中所示的开关三极管T）与输入端、输出端、电感器L、负载RL四者成串联连接的关系。
开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T及电感器L对负载供电，并同时对电感器L充电，当开关管T关断时，电感器L中的反向电动势使续流二极管D自动导通，电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路，对负载R继续供电，从而保证了负载端获得连续的电流。
串联式结构，只能获得低于输入电压的输出电压，因此为降压式变换。
例如buck拓扑型开关电源就是属于串联式的开关电源/blog/100019740上图是在图1-1-a电路的基础上，增加了一个整流二极管和一个LC滤波电路。
其中L 是储能滤波电感，它的作用是在控制开关K接通期间Ton限制大电流通过，防止输入电压Ui直接加到负载R上，对负载R进行电压冲击，同时对流过电感的电流iL转化成磁能进行能量存储，然后在控制开关T关断期间Toff把磁能转化成电流iL继续向负载R提供能量输出；C是储能滤波电容，它的作用是在控制开关K接通期间Ton把流过储能电感L的部分电流转化成电荷进行存储，然后在控制开关K关断期间Toff把电荷转化成电流继续向负载R 提供能量输出；D是整流二极管，主要功能是续流作用，故称它为续流二极管，其作用是在控制开关关断期间Toff，给储能滤波电感L释放能量提供电流通路。
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为0.3mm，单面板最小线间距设为0.5mm，焊盘与焊盘、焊盘与过孔或过孔与过孔，最小间距设为0.5mm，可避免在焊接操作过程中出现“桥接”现象。
SM73152P非隔离开关电源一体化方案
SM73152P非隔离开关电源一体化方案
随着人工成本的上升，全贴片一体化方案已成为市场的新宠。
为顺应市场的需求，早在2012年，我也不是就推出了SM2082、SM2087等线性恒流一体化方案；2014年业界首创的推出了SM7313开关电源一体化方案（简称V1.0版），2015年，进一步升级产品，推出更具性价比的SM73152P非隔离开关电源一体化方案（简称
V2.0版）。
在上期中，已经给朋友们简介了用在E14、E27灯头同时又可以过认证的驱动全能王SM73152P，今天，小编给大家分享一下采用SM73152P实现的开关电源一体化方案。
一、方案实物图
二、方案原理图
SM73152P是一款内部集成功率管的高效的LED恒流驱动控制芯片。
适用于85Vac~265Vac全范围输入电压，恒流精度小于±3%，芯片直接从DRAIN输入电压供电，不需要辅助绕组提供电源。
三、方案BOM清单
四、方案基本电气参数
4.13W方案参数
4.25W方案参数
4.37W方案参数
五、方案优势
SM73152P一体化方案相对于线性一体化方案，其输入电压范围更宽；相对于传统的阻容方案，具有更大的优势：
1、集成度高，方案BOM简单；
2、全贴片，减少人工成本，生产效率高；
3、线性调整率好，输出电流不随输入电网波动；
4、铝基板利用率高，整体成本低；
5、无频闪、恒流精度高、效率高。
教你如何做好非隔离式开关电源的PCB布局设计
教你如何做好非隔离式开关电源的PCB布局设计
一个良好的布局设计可优化效率，减缓热应力，并尽量减小走线与元件之间的噪声与作用。
这一切都源于设计人员对电源中电流传导路径以及信号流的理解。
当一块原型电源板首次加电时，最好的情况是它不仅能工作，而且还安静、发热低。
然而，这种情况并不多见。
开关电源的一个常见问题是“不稳定”的开关波形。
有些时候，波形抖动处于声波段，磁性元件会产生出音频噪声。
如果问题出在印刷电路板的布局上，要找出原因可能会很困难。
因此，开关电源设计初期的正确PCB布局就非常关键。
电源设计者要很好地理解技术细节，以及最终产品的功能需求。
因此，从电路板设计项目一开始，电源设计者应就关键性电源布局，与PCB布局设计人员展开密切合作。
一个好的布局设计可优化电源效率，减缓热应力;更重要的是，它最大限度地减小了噪声，以及走线与元件之间的相互作用。
为实现这些目标，设计者必须了解开关电源内部的电流传导路径以及信号流。
要实现非隔离开关电源的正确布局设计，务必牢记以下这些设计要素。
布局规划
对一块大电路板上的嵌入dc/dc电源，要获得最佳的电压调节、负载瞬态
响应和系统效率，就要使电源输出靠近负载器件，尽量减少PCB走线上的互连阻抗和传导压降。
确保有良好的空气流，限制热应力;如果能采用强制气冷措施，则要将电源靠近风扇位置。
另外，大型无源元件(如电感和电解电容)均不得阻挡气流通过低矮的表面。
开关电源基础知识
•开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止．将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压！转华为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50Hz高很多．所以开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热！成本很低．如果不将50Hz变为高频那开关电源就没有意义开关电源大体可以分为隔离和非隔离两种，隔离型的必定有开关变压器,而非隔离的未必一定有.开关电源的工作原理是:1。
交流电源输入经整流滤波成直流;2。
通过高频PWM（脉冲宽度调制）信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上;3。
开关变压器次级感应出高频电压，经整流滤波供给负载;4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的.交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西，过滤掉电网上的干扰,同时也过滤掉电源对电网的干扰;在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越高;开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头,以得到需要的输出;一般还应该增加一些保护电路,比如空载、短路等保护,否则可能会烧毁开关电源ATX电源的主要组成部分EMI滤波电路：EMI滤波电路主要作用是滤除外界电网的高频脉冲对电源的干扰,同时也起到减少开关电源本身对外界的电磁干扰,在优质电源中一般都有两极EMI滤波电路。
一级EMI电路：交流电源插座上焊接的是一级EMI电源滤波器电路,这是一块独立的电路板，是交流电输入后所经过的第一组电路，这个由扼流圈和电容组成的低通网络能滤除电源线上的高频杂波和同相干扰信号，同时也将电源内部的干扰信号屏蔽起来，构成了电源抗电磁干扰的第一道防线。
二级EMI电路：市电进入电源板后先通过电源保险丝，然后再次经过由电感和电容组成的第二道EMI电路以充分滤除高频杂波，然后再经过限流电阻进入高压整流滤波电路.保险丝能在电源功率太大或元件出现短路时熔断以保护电源内部的元件，而限流电阻含有金属氧化物成分，能限制瞬间的大电流，减少电源对内部元件的电流冲击.桥式整流器和高压滤波:经过EMI滤波后的市电，再经过全桥整流和电容滤波后就变成了高压的直流电。
非隔离型开关电源的三种工作方式
非隔离型开关电源的三种工作方式非隔离型（开关电源）一般有三种基本工作方式，降压型、升压型、极性反转型三种，而其他的都是这三种形式转换而来，例如反激式、正激式、推挽式、半桥式、全桥式。
1、降压型电路如下图为降压型电路。
在此电路中，脉宽调制（pwm）电路的输出加到（晶体管）开关Q1的基极，以控制其导通和截止。
工作过程：①当开关导通时，输人量可以传递到输出端；②开关截止时，则被隔断。
这种脉冲状的能量传递经变换和滤波形成平滑的电压输出。
pwm电路将它的变化转变成能控制开关导通和截止时间之比的pwm（信号），达到稳定的目的。
2、升压型电路如图是升压型电路。
工作过程：①开关管Q1导通时，扼流圈L1储能。
这时il＝uin/lt（t为扼流圈导通时间）。
设导通结束时的（电流）为il，因此，储能为e＝0.5i2l。
Q1截止后，il将从il开始减少，在L上感应出左低右高的自感电动势。
这个电动势叠加在uin上，二者一起通过vd给（电容器）c充电并向负载（供电），得到比输人电压高的输出电压。
②Q1导通期间，（电容）器MC1单独向负载供电，这时，D1阳极电位低于阴极而处于截止状态，防止了电容反向放电。
3、极性反转型电路如下图为极性反转型电路，也叫倒置型电路。
当Q1导通时，uin加在l两端，产生电流和储存能量。
Q1截止后，l上的电流经（二极管）D1给电容器MC1充电。
由此产生与输人电压极性相反的输出电压。
延申阅读：很多小伙伴都说MOS不好（检测）。
下面我带大家来做一个简单的MOS检测电路。
使用的材料很简单。
一个管脚插座。
一个100欧（电阻）。
一个（USB）输入插头。
一块敷铜板。
简易MOS检测电路，从画原理图开始很多人喜欢使用继电器控制，因为继电器使用方便，还能实现隔离。
注意事项：使用继电器控制不可以将继电器负极直接接入（单片机）I/O，单片机I/O口的灌电流非常小，带载能力弱，无法带动继电器，直接接入极有可能损坏单片机，需通过三极管或MOS管进行控制。
【三圈两地】开关电源PCB布板要领
三圈两地，开关电源PCB布板要领Ref【作者nc965】有人说关电源的布板反正很麻烦，我同意，因为它是开关电源，不是其他题目是讲要领”因此不讲细节，也不是教材，与教材或者他人的理解相左、我也不做过多解释有人说否！细节很重要，决定成败，」我说，要领最重要，基本的东西最重要，关键的地方没整对，大方向都错了，谈何细节？匚因此只捡最重要的讲，其余的自己去琢磨了。
要领就6个字：布局，地线，间距。
其实前4各字基本上是一层意思，后两个字是另外一层意思，这些是要领，其余的都是细节了。
优化图示:AR*71第一的好与不好，是电容及电感的位置不一样，C-L-C ” n型滤波器不好好（大电流开窗）第二背面的好与不好，就是回路有分割与没分割的区别！不好好（电感后电容开口）第一张图的n型滤波器的电容在电感之后，第二张图的电容管脚铜皮开缺口（保证电流尽量通过电感上方的电容？）。
滤波效果差异其实在图中已经标注出来了的；【nC965】仔细看图，没有说输入输出电流流过电容，正因为输入输出是直流，不能流过电容，那么高频开关电路的高频脉冲交流就只能走电容了，因此电容上的脉冲电流特别大。
恩，这个图例子举的不错，一要遵循电流的流向，二要出线尽量从电容的根部出来。
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■■ ?/o +- I 1 :^I ^WB m i其他讨论是不是太宽了也容易被干扰到，最近做一个案子，把IC 地线加粗后低压高温烧机时会出现工作不正常。
比如说 有些动点（电感与开关管之间）就不宜布的过大 【Iclb看看我画的这个板子，怎么优化？自己感觉IT 回来面积太大，有没有想到其他好的方法,还有接地和其他回路有没有问题。
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开关电源非隔离高低压混合布板方式变频器的研发，这是一款低成本紧凑式小功率变频器，因为低成本而且紧凑式，所以单片机没有采用光耦隔离而
是直接驱动，此外因为低成本紧凑要求，采用双面板，并
且按键，指示灯，数码管都跟高压区交织混合在一起。
因为以前没有做变频器的经验，所以采购了市场上的同类产品作为参考，恢复了电路图并且基于对方的控制时序，样机很快就出来了，测试也没有发现什么问题，感觉难度
不大，比较顺利，于是我也就没怎么管，让同事直接负责。
去年年底亿曼那边反馈，长期测试下发现按键偶尔会乱跳，比如按“+”键，结果“-”键也会起作用，而电路设计中不应该出现这个问题，考虑到当时我为了简化设计，去掉了
一些电容，于是想着这个问题可能是因为去掉的电容引起的，所以开年之后调整了电路设计，在按键这儿加了滤波
电容，让按键的硬件设计足够稳定，之前是采用软件滤波
来实现。
此外局部改进了单片机的供电设计，原来的辅助
电源310VDC通过开关电源(VIPERA12A)转到15VDC，15VDC再通过开关电源(MC34063)转到3.3VDC，我把后级15VDC转3.3VDC改成了更低成本更可靠的AMS1117，提高可靠性。
因为开关电源存在上电冲击的可能，改成模
拟电源可靠性可以提高。
此外为了解决高温带来的小电解
电容失效，改用瓷片电容替换小电解电容。
本来期望这个版本会比较好的，板子回来焊接调试好交给亿曼测试，很快亿曼反馈按键问题还是存在，这个问题不仅没解决，反而更频繁了，这一下引起我的重视，因为马上要下批量订单了，这些看起来无关痛痒的乌云，往往会酿成大祸。
但是当时的第一反应应该是软件设计存在bug，让负责软件的同事好好分析一下。
因为有多个变频器项目在运行，其中有一个箱式的变频器，面板上有数码管和按键，它跟功率板分离的，两者通过较长的排线连接，一般的设计方式是在面板上放一颗stm8这类的单片机，两者通讯连接，而我们考虑到低成本，也为了简化设计，不想在面板上加单片机，但这样因为较长的引线，会出现较强的干扰进入功率板的单片机中。
于是专门跟硬件设计人员讲解这类强干扰PCB的设计方式，尤其强调如何抗干扰。
这个时候，负责软件的同事找不出按键问题，于是把问题矛头引向了硬件，恰好硬件人员听了我的抗干扰设计原理，想到原来的板子按键中有两颗滤波电容的位置就放在高压区内，于是怀疑是否是这个电容引起的，参考我给的方案，把这两颗电容移入单片机所在的地平面内，靠近单片机，这个按键乱的问题就消失了，之后长期测试都没有发现，于是把这个结果告诉我，我过来看了一下，确实是PCB布线不规范，按键线被高频高压干扰了导致的问题。
因为这个问题的解决，让我内心比较担忧，毕竟这类消费类变频器，利润比较低，量比较大，一旦出现质量问题，客户不再信任，那将是灾难性的问题。
我们参考的变频器厂家，听客户说不良率有些高，经常表现为炸电解电容、单片机丢程序等问题，并且看他们的机器也在不停的改进，于是我又找来他们的板子分析，发现他们在PCB布线方面还比较初级，没有考虑高低压的干扰问题，相反，我们这边因为是做手机出身，同时又是做大功率高频电源的，所以把手机及大功率高频电源的PCB设计经验融入了进去，开局方面就比他们高一层，只是按键这个问题，因为一开始的顺利让自己掉以轻心，没有足够的重视，一直让同事负责PCB设计导致的问题，于是接下来的几天，自己不停琢磨这类非隔离高低压混合PCB布线的理论模型，便于指导同事布线。
非隔离变频器，单片机部分是最脆弱的，所以要保证单片机的可靠运行，其电源及各个IO都需要被保护住，而地因为非隔离，所以单片机的地是跟高压的地连接在一起的，没办法隔离，那就充分利用地来做单片机的保护墙，在单片机所在的区域背面，铺一层完整的地作为屏蔽层，利用地铜皮抗磁场特性及等电位，实现电磁屏蔽。
其次3.3V电源，加一颗3.6V的稳压二极管保护，避免电源被强干扰影响导致单片机跑飞，一般我设计的设备
都没有看门狗的，这就需要在硬件上下功夫，确保系统可靠运行。
最后，各个IO因为没有隔离，都需要抗干扰保护，比如按键输入，就可以用滤波电容来保护，需要注意的是，这颗滤波电容必须要放在单片机附近的地平面内，若这颗电容在高压区，则毫无意义，反而起坏作用。
输出的LED 灯，数码管等，都需要通过串联电阻或者三极管实现保护，这样哪怕强干扰过来，可以有串联的电阻抵抗一部分的干扰。
注意这个电阻或者三极管都需要放置在地平面内。
IO 很容易受到强干扰影响，所以需要通过类似RC电路，保护IO。
以上三点可以这么理解：
1、单片机最脆弱，所以要保护单片机，于是构建一个以单片机为核心的城堡，那就是地平面
2、确保供电可靠，城堡内加稳压二极管
3、确保各个IO通道可靠，城堡内加RC滤波(自己根据实际情况决定或者R或者C，不一定非要RC)，LED、KEY等外设都对地设计，不要悬空，这样可以降低静电和干扰
还有第四点，在高频高压区的按键或者LED灯，尽可能远离高压(降低电场干扰)，同时回路包围的面积要尽可能的小(降低磁场干扰)
下图为示意图：
干扰问题本质跟静电设计原理是一样的，都是堵和疏的方式。
此外考虑到变频器在应用场合，存在水汽问题，高压之间的器件，尽可能距离远一些，这样对水汽有一定的防范作用，哪怕涂了三防漆也有好处。