电路设计知识较全的归纳--器件设计原则、PCB画板关键、开关电源设计关键等

电路设计知识较全的归纳-器件设计原则、PCB画板关键、开关电源设计关键等1、 MOS管设计考虑栅源耐压，漏源耐压，漏源电阻，最大允许电流，管功耗，计算发热，SOA安全工作区（电压、电流组合），用于开关时要饱和(计算）。1. 耐压：VBR（DSS）耐压应大于工作电压的10%-15%；VGS应小于规定值；(越大越好）1. Ron值以及Ron-温度曲线，Ron-电压曲线，注意Ron值的Vgs条件，温度条件；(越小越好）2. VBR（DSS） 漏源击穿电压.是指栅源电压UGS一定时,场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压；以及VBR（DSS）-温度曲线；(越大越好）2. 提供足够大的VGS确保器件饱和，验证器件饱和方法是测试VGVD；（适当）3. ID，最大连续电流；ID - 温度曲线；(越大越好）4. SOA安全工作区：UDS-IDS不超过SOA曲线安全区域范围，不重复的单次脉冲电流不能超过红线的IDM；mos管工作于直流状态时，不超过橙色线；工作于开关状态时，重复性脉冲不能超过蓝线；不重复的单次脉冲电流不能超过红线的IDM；不重复的单次脉冲电流的宽度取决于热考虑；5. 计算功率MOSFET在单脉冲和不同占空比时的功率损耗，P=I2R，R为温阻（Rthjc），随温度变化；(功率损耗越小越好）6. Transfer curve曲线（ID-Vgs），有三条曲线，交汇点成为温度稳定点，Vgs低于温度稳定点时，ID的电流和结温成正比，应避免工作在此区域；当Vgs高于温度稳定点时，ID的电流和结温成反比，增大ID，结温反而降低，这是很理想的，设计时应尽量工作于这一区域；7. 雪崩电流和时间曲线（IAV-tAV），时间和雪崩电流大小成反比；8. 雪崩能量值EAS不应超过以下参数：Avalanche Energy, Single Pulsed (Note 2)偶尔出现的单个脉冲雪崩能量，以及Avalanche Energy, Repetitive, Limited by TJMA重复的脉冲雪崩能量；另外还要关注EAS-温度曲线；9. 温度考虑，当管子消耗的功率过大时，必须计算温度，根据实际功率和以下参数计算温度，结温（Junction Temperature T）不应超过允许值；(越小越好）芯片的热源结（junction）到周围冷却空气（ambient）的总热阻（Junction-to-Ambien），乘以热功率即获得器件温升（不装散热片时）。热阻Rjc（Junction-to-Case）：芯片的热源结到封装外壳间的热阻，乘以芯片功耗即获得结与壳的温差；10. 避免直接接触导致静电击穿；11. 大电流时布线尽量采用粗、短的布局结构，减小寄生电感；12. 大功率电源中增加RC吸收电路或齐纳二极管降低VDS；13. 过流保护设计，一般取1.1-1.5倍工作电流，过流保护除了考虑过流点和检测口的电压转换计算外，还要考虑检测延迟时间，输入电容CISS，MOSFET的关断延迟时间；14. 合理的热设计； 15. 负载切换实际由栅极驱动电阻决定，越小则越快；(越小越好）16. 管脚引线在弯曲时，应当大于根部尺寸毫米处进行，以防止弯断管脚和引起漏气等；17. 因为功率型场效应管在高负荷条件下运用，必须设计足够的散热器，确保壳体温度不超过额定值；18. 了防止场效应管栅极感应击穿，要求一切测试仪器、工作台、电烙铁、线路本身都必须有良好的接地；2、 三极管设计考虑管电流ICM、放大倍数、CE耐压BVVceo要足够大，管功耗要小，还要根据结到环境的热阻参数和PCM计算温升，确保温度不会超过150度。用于开关时要处于饱和状态（计算）1. 用于开关控制时，确保其饱和，RB越小，则IB越大，IC越大，就越容易饱和。测试验证：VL=Vout-0.3V左右则说明饱和；2. ICM，工作电流不应大于集电极最大允许电流ICM，小信号时可不考虑，大功率时要考虑；(越小越好）3. 放大倍数的个体差异，尤其是规格书的最小值，放大倍数和温度的关系；(越大越好）4. 管功率不应超过最大允许耗散功率PCM，P=U*I，功率要与热阻结合起来才对设计工程师更有意义。通过热阻可以计算出三极管的结温：从这里也可以看出，由于结温约束需要150，则Pd=625mWTa=25(越小越好）5. 一般情况下，电源电压或CE间电压不超过耐压值：BVVceo就可以了， 感性负载切断瞬间的电压可能是电源电压的2-8倍，要考虑此余量；(越小越好）6. 二次击穿是功率管失效的重要原因;解决措施：防止工作时管子温升过高、提高管子的耗散功率，是提高管子质量的最有效办法。 7. 特征频率：工作频率一般要小于特征频率的1/3;8. 两只管子轮流工作于饱和和截止状态的电路，要考虑延迟时间td、上升时间tr、储存时间ts和下降时间tf；9. 三极管c-e间压降在不同个体之间是存在差异的，即容差。下图显示Vce的max值0.2V： 这使得三极管并联使用时，Q1的Vce1和Q2的Vce2不相等，造成电优先流过Vce小的那个三极管。10、避免出现这样的设计，计算出来的结果是三极管永远不能饱和，不稳定。3、 电容主要考虑容值和精度，耐压，耐纹波电流，温度变化曲线。1、 选择电容时，应基于以下几点考虑：1静电容量；2额定耐压；3容值误差；4直流偏压下的电容变化量；5噪声等级；6电容的类型；7电容的规格，8.温度寿命曲线； 9、容量稳定性。2、 不能超过谐振频率：否则表现为感性；3、 大电容通低频，小电容通高频。快速的瞬态过程由高频小容量电容来抑制，中速的瞬态过程由低频大容量来抑制，剩下则交给稳压器完成；4、 旁路电容，在大负载之前，为避免负载变化引起电压波动，应放置旁路电容，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。多层陶瓷电容(MLCC)不仅尺寸小，而且将低ESR、低ESL和宽工作温度范围特性融于一体，可以说是旁路电容的首选；原因：负载电压UoErIo,Io增，则Io*r增，于是Uo降。5、 FSR谐振参数，频率较大的时候容值降低，电容接近感性，使用小电容FSR参数较大，能够滤除高频干扰；6、 用 ESR 大的电容并联比用 ESR 恰好那么低的单个电容当然更具成本效益。7、 钽加上二氧化锰阴极助威后才有明显好于铝电解液电容的表现；8、 DCDC和LDO电路中，一般要求ESR要小，但是大容量电容的等效串联电阻ESR并非越小越好，应该选择为合适的值，以便使输出电压的峰值和毛刺在器件的Dasheet 规定之内；9、 高频转换中，小容量电容在 0.01F 到 0.1F 量级就能很好满足要求。表贴陶瓷电容或者多层陶瓷电容（MLCC）具有更小的 ESR。10、-55到+125时容量变化容值漂移或滞后损耗角正切值特点和应用NP0/COG30ppm/小于0.05%15*10-4电容量和介质损耗最稳定的电容之一。用于高可靠，高稳定，特高频场合X7R15%每10年变化5%100volts：2.5%被称为温度稳定型的陶瓷电容器，用于要求高的耦合、旁路Y5V+22-82%(-30到+85)50volts：3.5%Z5U+22-56%(10到+85)介质损耗最大4%等效串联电阻和串联电感低，应用广泛，比如退耦电路11、 固态钽电容的电容值可以相对于温度和偏置电压保持稳定，因此选择标准仅包括容差、工作温度范围内的降压情况以及最大ESR。漏电流要远远大于等值陶瓷电容，因此不适合一些低电流应用；12、 OS-CON电容则采用有机半导体电解质和铝箔阴极，以实现较低的ESR。这类电容虽然与固态聚合物钽电容相关，但实际上要比钽电容早10年或更久。由于不存在液态电解质逐渐变干的问题，OS-CON型电容的使用寿命要比传统的铝电解电容长。4、 电解电容主要考虑电容容值和精度，耐压，温度变化曲线。纹波电流、ESR值。1、 交流电容值，随着工作频率、电压的变化而变化。2、 纹波电压和直流工作电压峰值的总和不得超过额定直流电压；3、 阻抗 ESR；（越小越好）4、 损耗：损耗角正切。（越小越好）3、容抗；4、漏电流要小，漏电流会随着温度和电压的升高而增大；（越小越好）5、电容器所能耐受纹波电流/电压值。 不应超过实际的纹波电流/电压，它们和 ESR 之间的关系密切;纹波电压受ESR影响。Urms = Irms R式中，Vrms 表示纹波电压Irms 表示纹波电流R 表示电容的 ESR;6、开关电源变压器输出端电容主要考虑低的ESR值，以及电解电容能承受的纹波电流值，调试电路时可在最大负载时，逐渐增大电感和电容EC5大小，测试输出电压纹波的改善和对效率的影响。如果不能满足要求，就要减小ESR值。实际设计时，要求该电容的等效内阻越小越好，耐压越大越好。电容大小的计算先计算输出峰值电流： 再计算电容值：，纹波电压Vp-p是人为设定的，一般设定为输出电压的1%；(反激式开关电源也可这样计算：Io是流过负载电流的平均值，T为开关工作周期，UP-P为滤波输出电压的波纹，或电压纹波。一般波纹电压都是取电压增量的峰-峰值，因此，当D=0.5时，波纹电压等于电容器充电的电压增量，即：UP-P = 2uc)7、开关电源输入端高压电容：220V交流输入条件下，需要滤波电容器为1F/ W ； 85264V交流输入条件下，需要滤波电容器为3F/ W 。对于220V输入电压等级，按1 F/ W的选择将不能满足电容器所能承受的纹波电流要求，至少要达到3F/ W 。电容器的电容量、损耗角正切值以及漏电流是鉴别其优劣的主要参数。容值计算公式：； 具体的计算方法是：先计算Pin=Pout/效率，整流后的Vin=输入交流电压*，I=（电源等级要求较高时Vin(min)=输入交流*-30(直流纹波电压)），然后C=。t是最长导通时间，一般取半个周期，取30V。8、 查温度寿命曲线，根据寿命要求确定允许温升，作为温升测试要求；9、 电解电容害怕高温，酸碱，避免这种存储环境；XY电容1、Y 电容的总容量一般都不能超过 4700pF.工作在温带机器，要求对地漏电电流不能超过 0.35mA。2、X 电容的耐压一般都标有安全认证标志和 AC250V 或 AC275V 字样，但其真正的直流耐压高达 2000V 以上,不能用其他电容替代；聚脂薄膜电容工作频率范围大约都在 1MHz 左右，超过 1MHz 其阻抗将显著增加；电感：主要考虑电感值（由电压、电流计算得到），额定电流，偶尔考虑直流电阻。L=Ae*N2/ lm，L与磁芯截面积、匝数成正比，与磁路长度成反比。1. 电感值（L）；2. 品质因数（Q），电抗与阻抗的比值；（越大越好）3. 直流电阻（DCR）；（越小越好）4. 感抗；5. 额定电流；（越大越好）6. 分布电容越小越好；（越小越好）7. 串联式开关电源（带整流滤波）电感计算：（越大越好）；3.电容计算：；式中：Io是流过负载的电流，T为控制开关K的工作周期，UP-P为输出电压的波纹。电压波纹UP-P一般都取峰-峰值，所以电压波纹正好等于电容器充电或放电时的电压增量，即：UP-P = 2uc（一般开关电源输出纹波都是输出电压的正负1%,做得好点的电源，输出纹波电压控制在200mV以下，更小的有50mV以下）可控硅：1.对于一个可控硅，主要看其5个参数：额定平均电流、维持电流、控制极触发电压和电流、 正向阻断峰值电压、反向阻断峰值电压1. 晶闸管烧坏都是由温度过高造成的，而温度是由晶闸管的电特性、热特性、结构特性决定的.最终产生的结果都是过压。瞬时产生的高电压、大电流是不会将芯片烧坏的；晶闸管的各项参数而言即使每相参数都超出标准很多也不会产生如此高的温度，因为温度是由电流、电压、时间三者的乘积决定的；2. 经常发生事故的参数有：电压、电流、dvdt、didt、漏电、开通时间、关断时间、压降等;设计时要考虑以上参数不应过高；dvdt其本身是不会烧坏晶闸管，会导致误导通；3. 解决电压问题，选耐压高的器件或者在A1、A2之间加压敏电阻；4. 改善didt，在A1、A2之间加RC吸收网络；5. 过高瞬态电流；6. 机械应力，安装散热片要使用固定的力；7. 热应力考虑；单向可控硅曲线：单片机可靠性设计和异常分析：1. 查看门狗的复位输出，可能的话在电路板上加一个LED，下拉，这样看起来就更方便；2. 查单片机，看看管脚有没有问题；一般编程器能够将程序写入，说明单片机是好的；最好手头上准备一个验证过的单片机，内部有一个简单的程序，比如，在某个口线上输出1个1秒占空比的方波等，可以使用万用表测量。加一句：设计产品时，要在关键的地方：电源、串口、看门狗的输出和输入、I/O口等加不同颜色的LED指示，便于调试；3. 再查瓷片电容，有些瓷片电容质量不行，干脆换了；顺便说一下，换器件最好使用吸锡带，将焊盘内的锡吸干净，再将器件拔出，这样不会损伤焊盘内的过孔；再将新的瓷片电容焊接上去的时候，用万用表量量是好的再焊。4. 检查上面三点都没有问题的话，那么最后只有换晶振了；再换晶振时要切记要买好的晶振，有些品牌质量比较好。5. 以上按照以上步骤检测时，将无关的外围芯片去掉；因为有一些是外围器件的故障导致单片机最小系统没有工作。单片机可靠性之EMC影响EMC的因数1电压电源电压越高，意味着电压振幅越大，发射就更多，而低电源电压影响敏感度。2频率高频产生更多的发射，周期性信号产生更多的发射。在高频单片机系统中，当器件开关时产生电流尖峰信号；在模拟系统中，当负载电流变化时产生电流尖峰信号。3接地在所有EMC题目中，主要题目是不适当的接地引起的。有三种信号接地方法：单点、多点和混合。在频率低于1MHz时，可采用单点接地方法，但不适宜高频；在高频应用中，最好采用多点接地。混合接地是低频用单点接地，而高频用多点接地的方法。地线布局是关键，高频数字电路和低电平模拟电路的接地电路尽不能混合。4PCB设计适当的印刷电路板（PCB）布线对防止EMI是至关重要的。5电源瞬变当器件开关时，在电源线上会产生瞬态电流，必须衰减和滤掉这些瞬态电流。来自高di/dt源的瞬态电流导致地和线迹“发射”电压，高di/dt产生大范围的高频电流，激励部件和线缆辐射。流经导线的电流变化和电感会导致压降，减小电感或电流随时间的变化可使该压降最小磁环在EMC中妙用 有的产品EMC很难在源头上去处理的，可以采用磁环滤波。开关电源PCBLayout初次距离要保持，最低不小8mm，开槽也需4.5mm；保脚之间3mm火零地宽要保持，最小不小4mm高压电容脚之间，保持距离要牢记铜箔之间0.5mm，焊点之间1mm，孔边之间1mm，铜点之间0.8mm，铜边之间0.3mm布线角度45，平行布线要均匀”整流桥前后安规要求2.0MM，布板按照2.5MM。初次级用冷地，热地标识清晰；L，N标识，输入AC INPUT标识，保险丝警告标识等等都需要清晰标出；1. 四大环路： 输入整流滤波环路，功率开关环路，输出整流环路；输出滤波环路以及RC吸收环路。尽可能减小环路面积，布线尽可能短粗；2. 两大热点（高配辐射点），MOS管的D级和次级整流管的阳极布线一定要短，不要粗，用圆弧不用锐角；3. 单点接地；4. 输出电容，确保电流流过电容后再流向后级线路；5. 二个电容并联时引线阻抗尽可能一致，避免某个电容过热；6. RCD吸收网络不要放在主回路；7. 模块化原则布局，先放置核心部件；双向可控硅使用注意事项十条黄金规则汇总 规则1. 为了导通闸流管（或双向可控硅），必须有门极电流IGT ，直至负载电流达到IL 。这条件必须满足，并按可能遇到的最低温度考虑。 规则2. 要断开（切换）闸流管（或双向可控硅），负载电流必须电源线信号线，信号线0.25，3. 任何信号线都不要形成环路，不可避免时应使环路面积尽量小；4. 引线越短越好，最长不应超过25cm，否则信号的延迟时间长（高速系统）；5. 高频组件的连线越短越好；6. 复位、中断、时钟等对噪声敏感线路远离噪声源，避