剖析Flyback变换器的高频回路

衡与其它设计要求的冲突

经过对Flyback变换器中的高频回路逐一深入分析，可以发现布线对变换器的性能是至关重要的。通过单点接地方式同时减小高频回路面积，以避免上述高频回路间的耦合和相互干扰。但实际布线过程中会碰到许多别的设计要求，使得这些措施很难同时完全做到。下述是常见的实际问题和相应的对策。

⑴ 元器件体积

比如变压器T1的体积、高压电解电容C1的体积和晶体管Q1散热片的体积，再考虑电气绝缘，使得这些器件必须保持一定距离，导致较大的回路面积。当这些器件距离不能缩短时，可以考虑通过PCB铺铜来缩小回路面积，如图5所示;或者通过跳线在单面板上实现双面板的效果。多层板可以考虑整层铺地的方式来减小回路面积，同时减小肌肤效应和临近效应的影响。

⑵ 机械结构的要求

通常产品会有外壳、接插件或线缆，为了配合这些结构件，它们对内部的元器件布置会有一些特殊的要求，从而导致高频回路中器件不能按照最小回路面积放置。在这种情况下可以参照图5的类似方式，通过PCB铺铜来缩小回路面积。

⑶ 热平衡的考虑

如果仅从回路面积的角度，就需要将许多发热的器件靠得很近，产生局部热点，比如晶体管Q1、变压器和副边二极管D2。如果从产品的温升角度考虑，需要尽量把发热的器件放到最容易散热的位置，但那样又会使高频回路中器件不能按照最小回路面积放置。在这种情况下可以参照图5的类似方式，通过PCB铺铜来缩小回路面积，同时就可以保证发热器件的散热。

⑷ 安规和电气绝缘的要求

安规和电气绝缘的要求，使得不少布线不能靠得很近，导致高频回路的回路面积不能最小化。通常可以通过跳线和挖槽来解决安规绝缘距离要求与回路面积的冲突。

⑸ 生产工艺的要求

通常许多电源的输入输出线或插座往往需要通过手工焊接，但为缩小回路面积，PCB版有许多大面积的铺铜，虽然可以帮助元器件散热，但同时会导致手工焊点的虚焊。对于表面贴SMT的器件，也容易引起立碑等虚焊现象。为解决虚焊的问题，可以采取花焊盘如图7所示。

通常每个公司采用的生产设备都不尽相同，或多或少有相应的可生产性规范(DFM guideline)，对于插件、表面贴和拼版工艺有很多规定，因此布线还是需要参考这些规范。

图7 预防虚焊的花焊盘

当面临上述冲突时，往往不能两全，因此需要从优先级去分步采取解决措施，甚至是在某方面做出一些牺牲。通常安规和电气绝缘是首要满足的，机械结构的要求次之，热平衡和生产工艺再做考虑。

5. 总结

通过上述深入分析Flyback变换器的高频回路，可以从高频回路入手，然后采取相应的措施，比如布线技巧及合适的器件等措施，来减少高频回路对变换器性能的影响。

当采取的措施相互冲突时，根据优先级进行权衡，就可以设计出性价比好，有利于大批量生产的产品。

参考文献

[1] 林渭勋，《现代电力电子技术》，2006年1月，机械工业出版社。

[2] 钱照明，程肇基等，《电力电子系统电磁兼容设计基础及干扰抑制技术》，2000年 12月，浙江大学出版社。

[3] 郎为民，《表面组装介绍及应用》，2007年9月1日，机械工业出版社。

作者简介

黄敏超，男，1998年浙江大学电力电子专业博士研究生毕业，其间进行太阳能微型高频链逆变器的研究。曾任职于伊博电源(杭州)有限公司研发部经理，从事DC/DC模块和高功率密度节能电源适配器的开发;通用电气全球研发中心电力电子实验室高级工程师，研发核磁共振影像仪用的线圈驱动电源;晟朗电力电子有限公司亚太区工程副总经理，从事医疗电源的研发。现任职上海正远咨询有限公司总经理及资深咨询师，从事电力电子产品、EMC和可靠性等疑难问题的技术咨询和研发，提供研发设计体系和团队建设服务。■