正確運(yùn)用電源適配器的原理圖

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正確運(yùn)用電源適配器的原理圖

電源適配器的原理圖并不可靠。例如，似乎電路中每一個(gè)接地點(diǎn)代表著同一個(gè)點(diǎn)（即電壓相同）。事實(shí)并非如此，尤其當(dāng)PCB傳輸由開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的高頻諧波電流時(shí)。所以僅通過(guò)觀察電路原理圖來(lái)判斷電源適配器或排除電源適配器的故障是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

1.PCB走線的阻抗：
對(duì)于高頻諧波電流來(lái)說(shuō)，幾毫米長(zhǎng)的PCB走線會(huì)成為名副其實(shí)的阻抗壁，從而導(dǎo)致走線一端的電壓上升（相對(duì)于另一端），造成電路某處出現(xiàn)意外的結(jié)果。當(dāng)阻抗呈感性時(shí)，由基本公式V=LdI/dt可知，走線上會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的電壓反沖，其中LdI/dt為電流跳變沿的斜率，L是這段走線的電感量。下面讓我們看一個(gè)實(shí)例，典型的DC-DC變壓器在20ns內(nèi)開(kāi)關(guān)幾安培的電流，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，PCB走線的電感為每英寸20nH,如果在lin(lin=2.54cm)d的走線中開(kāi)關(guān)1A的電流，電壓反沖為1V。開(kāi)關(guān)2A的電流，走線電壓反沖為2A，以此類推。根據(jù)故障區(qū)域在PCB上所處的位置，可找出施加在IC引腳上的電壓尖峰，它會(huì)改變引腳的門(mén)限值，從而引起小型電源適配器的電路故障。例如，如果某IC有一個(gè)時(shí)鐘引腳，電壓尖峰會(huì)使開(kāi)關(guān)諧波嚴(yán)重地跳動(dòng)，進(jìn)而又產(chǎn)生一些明顯的附件影響。幸好這些感性電壓尖峰的能量通常不大，容易被附近的濾波電容或寄生電容吸收一部分，附近的電阻也會(huì)消耗部分能量。但當(dāng)消耗發(fā)生時(shí)，電壓尖峰必然產(chǎn)生一定大小的電流（在閉合回路中）。很不幸，如果電流回路中包含了IC內(nèi)部未特別說(shuō)明的電路模塊（如靜電釋放結(jié)構(gòu)、襯底等），不僅將引起開(kāi)關(guān)錯(cuò)誤，通常還會(huì)使控制器產(chǎn)生暫時(shí)或永久性故障。所以在設(shè)計(jì)電源適配器或排除電源適配器故障時(shí)，PCB的設(shè)計(jì)及分析顯得如此重要。

2.IC內(nèi)部的接地反彈：
現(xiàn)代功率IC的設(shè)計(jì)者已經(jīng)開(kāi)始嘗試降低IC內(nèi)部的接地反彈，這是通過(guò)將AGND(模擬地)引腳、DGND(數(shù)字地)引腳和PGND(電源地)引腳分別引出實(shí)現(xiàn)的。這樣做的目的是避免數(shù)字部分突然拉出一定大小的電流時(shí)，連接走線兩端的感性壓降也不會(huì)引起內(nèi)部接地參考瞬間的不平衡。這種不平衡會(huì)導(dǎo)致IC內(nèi)部不同部分（模擬/數(shù)字/電源）的接口處產(chǎn)生信息傳遞錯(cuò)誤。注意這種獨(dú)立的接地引腳通常在PCB上相互間的距離很近，并連接至覆銅區(qū)，且與電源引腳間的去耦性能良好。這樣IC內(nèi)部連接導(dǎo)線引起的接地反彈會(huì)得到緩解，但要使整個(gè)變壓器正常工作需要PCB所扮演的角色有更深入的理解，理解它對(duì)接地反彈、噪聲等的影響。

3.接地層：
如果觀察一個(gè)實(shí)際的電源適配器的PCB，我們甚至真的不知道如何劃分出噪聲區(qū)和無(wú)干擾區(qū)（因?yàn)樗鼈冇兄嗤牡兀Ｎ覀兺ǔＶ皇窍Ｍ扇『?jiǎn)單的方法，即添加厚的覆銅層（接地層，它使PCB的專用層），并且通過(guò)距離很短的通孔將其與元件側(cè)的地節(jié)點(diǎn)、接地端子和接地走線相連。而且我們也通常這么做。但是，在很大程度上其效果還依賴與接地層本身是否良好，及它平衡整個(gè)PCB地的效果。當(dāng)我們永遠(yuǎn)不能使PCB的地節(jié)點(diǎn)完全平衡，因此必須掌握如何布線及連接變換器關(guān)鍵元件的方法，才能使不平衡的影響降到較低。

4.空氣凈化器電源適配器與地之間走線的電感：
MOSFET場(chǎng)效應(yīng)功率管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)通常由IC內(nèi)的驅(qū)動(dòng)極輸出，故MOSFET的源極應(yīng)接至IC接地端。但MOSFET的實(shí)際表現(xiàn)并不由施加在柵極與地參考間的電壓所決定，而是取決于柵極與源極間的電壓，即完全取決于實(shí)際的Vgs。
例如，如果源極與地之間的走線有點(diǎn)長(zhǎng)的話，在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換瞬間它上面會(huì)出現(xiàn)很大的電感反沖，不嚴(yán)重的話只是降低開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換的速度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使MOSFET錯(cuò)誤地開(kāi)通或關(guān)斷，導(dǎo)致管子損壞。

5.電流檢測(cè)避免使用繞線電阻：
為了避免電感反沖，必須設(shè)法使MOSFET源極和地之間的PCB走線盡可能地短。如果源極接有檢測(cè)電阻的話，必須是低電感電阻，否則電阻會(huì)產(chǎn)生電感反沖。所以對(duì)于電流檢測(cè)來(lái)說(shuō)，絕不能使用繞線電阻。我見(jiàn)過(guò)繞線電阻的應(yīng)用是在AC-DC電源中用做浪涌電流限流電阻，因?yàn)檫@時(shí)繞線電阻無(wú)需處理高頻諧波。
繞線電阻常用作變換器的負(fù)載。電源適配器適配器在進(jìn)行燒機(jī)老化試驗(yàn)以對(duì)用戶使用環(huán)境進(jìn)行模擬，或測(cè)量噪聲和紋波時(shí)，我們會(huì)使用繞線電阻，但我從不在其他場(chǎng)合使用繞線電阻。強(qiáng)烈簡(jiǎn)易配備一臺(tái)性能優(yōu)良的電子負(fù)載，但是應(yīng)將其設(shè)置為CC(恒流)模式，因?yàn)殡娮杵鳎ɑ蛟O(shè)置為恒電阻模式的電子負(fù)載）太溫順了。比如，電阻幾乎不會(huì)揭示出任何重要的啟動(dòng)問(wèn)題。

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| 發(fā)布時(shí)間：2018.12.12 來(lái)源：電源適配器廠家

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