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，似乎電路中每一個接地點(diǎn)代表著同一個點(diǎn)（即電壓相同）。事實(shí)并非如此，尤其當(dāng)PCB傳輸由開關(guān)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的高頻諧波電流時。所以僅通過觀察電路原理圖來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：
對于高頻諧波電流來說，幾毫米長的PCB走線會成為名副其實(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，由基本公式V=LdI/dt可知，走線上會產(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。下面讓我們看一個實(shí)例，典型的DC-DC變壓器在20ns內(nèi)開關(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的走線中開關(guān)1A的電流，電壓反沖為1V。開關(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，它會改變引腳的門限值，從而引起小型電源適配器的電路故障。例如，如果某IC有一個時鐘引腳，電壓尖峰會使開關(guān)諧波嚴(yán)重地跳動，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，附近的電阻也會消耗部分能量。但當(dāng)消耗發(fā)生時，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)部未特別說明的電路模塊（如靜電釋放結(jié)構(gòu)、襯底等），不僅將引起開關(guān)錯誤，通常還會使控制器產(chǎn)生暫時或永久性故障。所以在設(shè)計(jì)電源適配器或排除電源適配器故障時，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)開始嘗試降低IC內(nèi)部的接地反彈，這是通過將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，連接走線兩端的感性壓降也不會引起內(nèi)部接地參考瞬間的不平衡。這種不平衡會導(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得到緩解，但要使整個變壓器正常工作需要PCB所扮演的角色有更深入的理解，理解它對接地反彈、噪聲等的影響。

3.接地層：
如果觀察一個實(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)和無干擾區(qū)（因?yàn)樗鼈冇兄嗤牡兀Ｎ覀兺ǔＶ皇窍Ｍ扇『唵蔚姆椒ǎ刺砑雍竦母层~層（接地層，它使PCB的專用層），并且通過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場效應(yīng)功率管的驅(qū)動信號通常由IC內(nèi)的驅(qū)動極輸出，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)長的話，在開關(guān)轉(zhuǎn)換瞬間它上面會出現(xiàn)很大的電感反沖，不嚴(yán)重的話只是降低開關(guān)轉(zhuǎn)換的速度，嚴(yán)重時會使MOSFET錯誤地開通或關(guān)斷，導(dǎo)致管子損壞。

5.電流檢測避免使用繞線電阻：
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。如果源極接有檢測電阻的話，必須是低電感電阻，否則電阻會產(chǎn)生電感反沖。所以對于電流檢測來說，絕不能使用繞線電阻。我見過繞線電阻的應(yīng)用是在AC-DC電源中用做浪涌電流限流電阻，因?yàn)檫@時繞線電阻無需處理高頻諧波。
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)以對用戶使用環(huán)境進(jìn)行模擬，或測量噪聲和紋波時，我們會使用繞線電阻，但我從不在其他場合使用繞線電阻。強(qiáng)烈簡易配備一臺性能優(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，電阻幾乎不會揭示出任何重要的啟動問題。

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| 發(fā)布時間：2018.12.12 來源：電源適配器廠家

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