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  • 發布時間:2020-10-12 12:03 原文鏈接: 硬件高手的開關電源設計心得(二)

    今天談一談印制板銅皮走線的一些事項:

    走線電流密度:現在多數電子線路采用絕緣板縛銅構成。常用線路板銅皮厚度為35μm,走線可按照1A/mm經驗值取電流密度值,具體計算可參見教科書。為 保證走線機械強度原則線寬應大于或等于0.3mm(其他非電源線路板可能最小線寬會小一些)。銅皮厚度為70μm 線路板也常見于開關電源,那么電流密度可更高些。

    補充一點,現常用線路板設計工具軟件一般都有設計規范項,如線寬、線間距,旱盤過孔尺寸等參數都可以進行設定。在設計線路板時,設計軟件可自動按照規范執行,可節省許多時間,減少部分工作量,降低出錯率。

    一般對可靠性要求比較高的線路或布線線密度大可采用雙面板。其特點是成本適中,可靠性高,能滿足大多數應用場合。

    模塊電源行列也有部分產品采用多層板,主要便于集成變壓器電感等功率器件,優化接線、功率管散熱等。具有工藝美觀一致性好,變壓器散熱好的優點,但其缺點是成本較高,靈活性較差,僅適合于工業化大規模生產。

    單面板,市場流通通用開關電源幾乎都采用了單面線路板,其具有低成本的優勢,在設計,及生產工藝上采取一些措施亦可確保其性能。

    今天談談單面印制板設計的一些體會,由于單面板具有成本低廉,易于制造的特點,在開關電源線路中得到廣泛應用,由于其只有一面縛銅,器件的電器連接,機械固定都要依靠那層銅皮,在處理時必須小心。

    為保證良好的焊接機械結構性能,單面板焊盤應稍微大一些,以確保銅皮和基板的良好縛著力,而不至于受到震動時銅皮剝離、斷脫。一般焊環寬度應大于 0.3mm。焊盤孔直徑應略大于器件引腳直徑,但不宜過大,保證管腳與焊盤間由焊錫連接距離最短,盤孔大小以不妨礙正常查件為度,焊盤孔直徑一般大于管腳 直徑0.1-0.2mm。多引腳器件為保證順利查件,也可更大一些。

    電氣連線應盡量寬,原則寬度應大于焊盤直徑,特殊情況應在連線于與焊盤交匯必須將線加寬(俗稱生成淚滴),避免在某些條件線與焊盤斷裂。原則最小線寬應大于0.5mm。

    單面板上元器件應緊貼線路板。需要架空散熱的器件,要在器件與線路板之間的管腳上加套管,可起到支撐器件和增加絕緣的雙重作用,要最大限度減少或避免外力 沖擊對焊盤與管腳連接處造成的影響,增強焊接的牢固性。線路板上重量較大的部件可增加支撐連接點,可加強與線路板間連接強度,如變壓器,功率器件散熱器。

    單面板焊接面引腳在不影響與外殼間距的前題條件下,可留得長一些,其優點是可增 加焊接部位的強度,加大焊接面積、有虛焊現象可即時發現。引腳長剪腿時,焊接部位受力較小。在臺灣、日本常采用把器件引腳在焊接面彎成與線路板成45度 角,然后再焊接的工藝,的其道理同上。今天談一談雙面板設計中的一些事項,在一 些要求比較高,或走線密度比較大的應用環境中采用雙面印制板,其性能及各方面指標要比單面板好很多。

    雙面板焊盤由于孔已作金屬化處理強度較高,焊環可比單面板小一些,焊盤孔孔徑可 比管腳直徑略微大一些,因為在焊接過程中有利于焊錫溶液通過焊孔滲透到頂層焊盤,以增加焊接可靠性。但是有一個弊端,如果孔過大,波峰焊時在射流錫沖擊下 部分器件可能上浮,產生一些缺陷。

    大電流走線的處理,線寬可按照前帖處理,如寬度不夠,一般可采用在走線上鍍錫增加厚度進行解決,其方法有好多種

    1, 將走線設置成焊盤屬性,這樣在線路板制造時該走線不會被阻焊劑覆蓋,熱風整平時會被鍍上錫。

    2, 在布線處放置焊盤,將該焊盤設置成需要走線的形狀,要注意把焊盤孔設置為零。

    3, 在阻焊層放置線,此方法最靈活,但不是所有線路板生產商都會明白你的意圖,需用文字說明。在阻焊層放置線的部位會不涂阻焊劑。

    線路鍍錫的幾種方法如上,要注意的是,如果很寬的的走線全部鍍上錫,在焊接以后,會粘接大量焊錫,并且分布很不均勻,影響美觀。一般可采用細長條鍍錫寬度在1~1.5mm,長度可根據線路來確定,鍍錫部分間隔0.5~1mm 雙面線路板為布局、走線提供了很大的選擇性,可使布線更趨于合理。關于接地,功率地與信號地一定要分開,兩個地可在濾波電容處匯合,以避免大脈沖電流通過 信號地連線而導致出現不穩定的意外因素,信號控制回路盡量采用一點接地法,有一個技巧,盡量把非接地的走線放置在同一布線層,最后在另外一層鋪地線。輸出 線一般先經過濾波電容處,再到負載,輸入線也必須先通過電容,再到變壓器,理論依據是讓紋波電流都通過旅濾波電容。

    電壓反饋取樣,為避免大電流通過走線的影響,反饋電壓的取樣點一定要放在電源輸出最末梢,以提高整機負載效應指標。

    走線從一個布線層變到另外一個布線層一般用過孔連通,不宜通過器件管腳焊盤實現,因為在插裝器件時有可能破壞這種連接關系,還有在每1A電流通過時,至少應有2個過孔,過孔孔徑原則要大于0.5mm,一般0.8mm可確保加工可靠性。

    器件散熱,在一些小功率電源中,線路板走線也可兼散熱功能,其特點是走線盡量寬大,以增加散熱面積,并不涂阻焊劑,有條件可均勻放置過孔,增強導熱性能。

    今天談談鋁基板在開關電源中的應用和多層印制板在開關電源電路中的應用。

    鋁基板由其本身構造,具有以下特點:導熱性能非常優良、單面縛銅、器件只能放置在縛銅面、不能開電器連線孔所以不能按照單面板那樣放置跳線。

    鋁基板上一般都放置貼片器件,開關管,輸出整流管通過基板把熱量傳導出去,熱阻很低,可取得較高可靠性。變壓器采用平面貼片結構,也可通過基板散熱,其溫 升比常規要低,同樣規格變壓器采用鋁基板結構可得到較大的輸出功率。鋁基板跳線可以采用搭橋的方式處理。鋁基板電源一般由由兩塊印制板組成,另外一塊板放 置控制電路,兩塊板之間通過物理連接合成一體。

    由于鋁基板優良的導熱性,在小量手工焊接時比較困難,焊料冷卻過快,容易出現問題現有一個簡單實用的方法,將一個燙衣服的普通電熨斗(最好有調溫功能), 翻過來,熨燙面向上,固定好,溫度調到150℃左右,把鋁基板放在熨斗上面,加溫一段時間,然后按照常規方法將元件貼上并焊接,熨斗溫度以器件易于焊接為 宜,太高有可能時器件損壞,甚至鋁基板銅皮剝離,溫度太低焊接效果不好,要靈活掌握。

    最近幾年,隨著多層線路板在開關電源電路中應用,使得印制線路變壓器成為可能,由于多層板,層間距較小,也可以充分利用變壓器窗口截面,可在主線路板上再 加一到兩片由多層板組成的印制線圈達到利用窗口,降低線路電流密度的目的,由于采用印制線圈,減少了人工干預,變壓器一致性好,平面結構,漏感低,偶合 好。開啟式磁芯,良好的散熱條件。由于其具有諸多的優勢,有利于大批量生產,所以得到廣泛的應用。但研制開發初期投入較大,不適合小規模生。


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