电源研发常见的22个经典问题，你都了解吗（下篇）？

电源研发常见的22个经典问题，你都了解吗（下篇）？《西游记》 上一次电源分享课，给大家详细讲解了开关频率的选择、设计，传导辐射、EMC电路设计，电源拓扑选型、应用环境等相关问题，今天我们继续讲解电源PCB、外观设计及相关实际应用电路。 问题十二：

上一次电源分享课，给大家详细讲解了开关频率的选择、设计，传导辐射、EMC电路设计，电源拓扑选型、应用环境等相关问题，今天我们继续讲解电源PCB、外观设计及相关实际应用电路。

问题十二：评判一块电源板LAYOUT好坏有哪些地方能一阵见血发现？

什么样的PCB是一块好的PCB，至少要满足以下一个方面：1.电性能方面干扰小，关键信号线及底线走的合理，各方面性能稳定（前提是电路无缺陷）。2.利于EMC，辐射低，环路走的合理。3.满足安规，安规距离满足要求。4.满足工艺，量产可生产性，以及减小生产成本。5.美观，布局规则有序（器件不东倒西歪），走线漂亮美观，不七弯八绕的。

如何才能做到以上几点，分享我的布板经验：

1.布局前，了解清楚电源的规格书，电源的规格，有无特殊要求，以及要过的安规标准。

结构输入条件是不是准确，以及风道的确认，输入输出端口的确认，以及主功率流向。

工艺路线选取，根据器件的密度，以及有无特殊器件，选择相对应工艺路线。

2.布局中，注意合理的布局，保证四大环路尽可能小，提前预判后续走线是否好走。变压器的摆放基本决定了整体的布局，一定要慎重，放到最佳位置。EMI部分的布局流向清晰，与其它主功率部分有清晰的隔离带。减少受到主功率开关器件的干扰。各吸收回路的面积尽可能小，散热器的长度以及位置要合理，不挡风道。

3.走线部分，输入EMI电路的走线是否满足安规，原副边距离，输入输出对大地的距离都要满足安规。走线的粗细是否满足足够的电流大小，关键信号（例如驱动信号，采样信号，地线是否合理），驱动信号不要干扰敏感信号（高频信号）；采样信号是否采样准确，是否会受到干扰；地线是否拉得合理（有时需要单点接地，有时需要多点接地跟实际需要有关），主功率地和信号地严格区分开，原边芯片地从采样电阻取，不要从大电解取（尤其是采样电阻和大电解地距离远时），VCC的地前级地回大电解，二级电容地接芯片，反馈信号也单点接IC，地单点接IC。散热器的地必须接主功率地，不能接信号地等等很多的细节要求。

问题十三：电源的元器件你懂多少？MOS管结电容多大，对哪些有影响？RDS跟温度是什么关系？肖特基反向恢复电流影响什么？电容的ESR会带来哪些影响？

电源中的设计的器件类型很多，主要有半导体器件如：MOS管，三极管，IC，运放，二极管，光耦等；磁性器件：电感，变压器，磁珠等；电容：Y电容，X电容，瓷片电容，电解电容，贴片电容等；每种器件都有其规格，极限参数。

常规的参数在我们选型很容易把握，例如选取MOS管，耐压参数肯定会考虑，额定电流也会考虑，导通电阻我们会考虑，但还有一些寄生参数以及一些随温度变化特性的参数却很少去注意，或者只有在发现问题的时候才会去找。导通电阻Rds(on)随温度升高其阻值是变大的，设计MOS管损耗时要考虑到其工作的环境温度。结电容影响到我们的开通损耗，也会影响到EMC。

肖特基二极管耐压，额定电流一般很好注意，有些参数例如导通压降在温度升高时会减小，反向恢复时间短，不过漏电流大（尤其是考虑到高温时漏电流影响就更大了），寄生电感会引起关断尖峰很高。

电容一个重要参数ESR，在计算纹波时通常会考虑，ESR一般与C的关联是很大的，不过不同厂家的品质因素影响也是很巨大，一定要具体分清楚。

一般估算公司可参考：ESR=10/（C的0.73次方），电容在高温时寿命会缩短，低温时容量会减小，漏电流也会增加等等；

当然器件在特殊情形表现出来的特性差异是值得我们思考的问题，请大家多多思量，对于我们解决特殊情况下的问题非常有帮助。

问题十四：你对磁性材料了解多少，磁环和磁芯有哪些差异？低磁环和高磁环用在什么情况？

磁性器件对开关电源的重要性不言而喻，可以说是电源的心脏部位。磁性材料的种类也繁多，常用来做变压器的一般是铁氧体材料，主要是价格便宜，开关频率最大 能做到1000K，够一般情况下使用了。铁氧体磁芯既可以做主变压器也可以做电感，如PFC电感（一般铁硅铝材质居多，性价比高），储能电感也可以。当然在要求高的情况下，尤其是大功率一般用磁环，主要是感量可以做大，不易饱和，相对铁氧体磁芯来说，不过缺点是价格贵，尤其是大电流，绕制工艺较困难。磁环也分高U值和低U值，主要也是磁环的材料不同照成，高U环磁环外观是绿色，一般EMI电路的共模电感选用，感量会相对较大滤低频，颜色偏灰的是低U环，感量很低，滤高频。一般为了EMC都是搭配使用效果一般都比较好！

问题十五：电源损耗是怎么分布的？MOS管损耗？变压器损耗？变压器除了直流损耗，还有交流损耗怎么算的？

电源损耗一般集中在以下一些方面：1.MOS管的开通损耗及导通损耗。2.变压器的铜损和铁损；3.副边整流管的损耗；4.桥式整流的损耗。5.采样电阻损耗；6.吸收电路的损耗；7.其它损耗：PFC电感损耗，LLC的谐振电感损耗，同步整流的MOS管损耗。等等。。。

针对这些损耗，适当的减小可以提升效率。1.针对MOS管可选用开关速度快的，导通电阻低的，电路上课采用软开关。2.针对变压器：选择合适大小的磁芯，磁芯太小损耗会大，很难做到铜损和铁损平衡。尤其是铜损不仅有直流损耗还有交流损耗，交流损耗一般比直流损耗还大2倍，因为铜线在高频下的交流阻抗比直流阻抗大的多，计算时一定要充分估算进去。

问题十六：电源中的热设计，散热器是怎么选择的？散热器设计需要考虑什么？

散热器的设计是开关电源的一个重点，散热器主要是针对我们的发热器件温升过高，需要采用散热器来降低热阻来达到降低温升的作用！

主要发热器件：整流桥，MOS管，整流二极管，变压器，电感等等。

散热器的大小选择一般根据损耗的功率，需要的温升来计算热阻，根据热阻来选择相应面积的散热器 。

当然也需要一些辅助的方式，比如在器件和散热片间涂散热膏，有会有些效果。比较小的空间可采用型材散热，体积小，散热面积大。

特殊器件有特殊的处理：如变压器可将变压器底下的PCB板挖空散热，也可以在变压器上用导热泥贴散热片的方式。电感也可以加铜环散热等等。。。

问题十七：LLC的输出滤波电容怎么决定的？受哪些因素影响？

输出滤波电容对输出纹波至关重要，选择合适的滤波电容需要从成本及纹波需求考虑，当然对每种拓扑滤波电容的选取都是按照输出纹波需求，纹波电流所对应的ESR值来选取对应的电容，当然电容的容量与ESR的关系跟电容的品质也有着很重要的关系，之前已经讨论过其关系式。纹波电压时我们的需求，一般按照50mv的需求的话，设计留有余量一般选择10mv。（考虑到PCB板滤波效果，电容低温容值降低），纹波电流计算式如下：

问题十八：移相全桥的驱动是什么实现的？何为移相？移相带来什么？

移相全桥目前在中大功率使用中，也是用的很火，受欢迎程度仅次于LLC谐振半桥。之前已经比较过不同拓扑的使用情况，这里就专门介绍下移相全桥的特点。

移相全桥特点一：驱动比较复杂，导致控制电路复杂，成本很高，原因是移相全桥一般有4个MOS，对驱动能力要求很高，一般IC很难做到，需要对驱动能力通过外置MOS管放大使用，又为了加强可靠性一般采用隔离变压器来驱动MOS管。

移相全桥特点二：移相，为什么要移相，移相带来什么，跟普通全桥有什么区别。移相针对的是同一组的MOS管，让2个MOS管依次导通，可以降低开关损耗。超前臂桥实现ZVS同时，副边处于续流，原边电流被二极管分担，MOS管电流也很小，近似零电流导通，滞后臂桥可以零电压导通。

移相全桥特点三：工作过程复杂，二个输出功率状态（靠原边提供能量），二个续流状态（靠副边电感及电容提供供能量），四个死区（来分别实现每个MOS管软开通I）

只是为了给新手了解移相全桥，作为开关电源比较重要的拓扑一部分，它的重点和难点在哪里。

问题十九：大功率若追求效率，无桥PFC是怎么实现的？原理是什么？

很多人都听说过无桥PFC，不过真正使用起来并不很常见，原因是无桥PFC相比普通有桥PFC效率上固然有提升，一般也就在1-2%，若不是追求高效，一般都不会使用，成本太高。根据无桥PFC的特点，其实整流桥并没有真正省去不用，只是当做交流输入正负半轴的隔离使用，简单来说相当于普通二个PFC，交流正负半轴各一个，相应的PFC电感也会增加一个，MOS管也会增加一个，驱动IC也会复杂一些，对于大功率为了做高效，检测电阻用变压器绕组来做，可以减小损耗。之前接触过一个960W用无桥PFC+LLC效率达到96.5%，不过最终因为客户要求输入电压交流和直流都能满足，这时候无桥PFC就不能在直流下发挥很好的作用就否决了。

问题二十：电力电源中为什么用到三相电?三相三电平是怎么实现，三电平带来了什么？

三相电在电力电源中使用比较多，一般在大功率1KW以上或者上万W的场合。三相电一般采用三相四线，其中一根是零线，四根线相当于能够传输普通二相电三倍的功率，传输功率更大是其最大优势；其次三相电易于产生，目前最常见的三相异步电机，能简单方便产生。

三相三电平是怎么回事呢，因为三相电不能直接给某些用电设备供电，需要转变成普通的二相电。一般过程，采用三相PFC转换为直流电，直流电然后逆变成二相交流电。这里面就牵涉到三电平技术，三相电PFC整流出来不是普通正负DC，而是三电平，也就是正DC,零，负DC。从这里也可以看出来采用三电平器件的应力降低，谐波含量低，开关管损耗也低，这样在高压大功率场合优势就非常突出了。

问题二十一：电源中有很多保护电路，你最多能说几种保护？怎么去实现？

电源的可靠性离不开保护电路，通常有哪些保护电路呢？

1.输入欠压过压很常用，对交流信号采样。

2.输出过压保护，一旦电源开关能锁机对电源可靠性也有帮助。

3.过流保护，有的是采用恒流做过流，有的采用限功率来做过流，当然也可以锁机来做，目的一个可靠性，方法很多种。最可靠的保护一定是锁死而不是打嗝！

4.过温保护，采用热敏对变压器或者是环境温度等方式检测，来反馈给到IC锁机或者打嗝。

5.短路保护，短路可以打嗝，同样也可以锁机。

这些是一般电源常用的，有的可以说是必备的保护电路。所以看好规格书选择合适的IC来做保护功能更方便的保护电路。我用过一款LD7522做反激，这些功能就能很好，可以简单全部的做出来。

问题二十二：搞电源不懂市场？你搞的电源何去何从？开发出了没用？替老板赚到钱才有用。

终于到了最后一个问题，电源市场问题一般工程师可能关注的少，注重研发是错误。项目成功不是做出来，而是赚到少的钱。

举个例子：你一年做了三个项目累死累活，赚了100万，另一个人一年就做了一个项目，比做三个项目轻松多了，一年赚了1000万，老板喜欢哪个？

有的人说项目又不是我们选择，怎么知道赚不赚钱，但是赚钱项目的特点我们要熟悉啊，什么样的电源市场上比较火啊，你清楚吗？按照自己公司现有的模式来开发，有没有和大公司的设计差距啊。不是说项目能不能做出来，而是能不能最优的做出来，其实站在研发角度也就是如何选择最优拓扑，做省方案。

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（因资料较大，仅截图部分内容，不再一一列举，具体请咨询文末助教老师~）

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