【導(dǎo)讀】本論文介紹了一種基于TOP224Y三端離線式PWM集成芯片的反激式開。元電路進行了詳細的分析，進行了參數(shù)值計算、器件的選取與電路設(shè)計；最后，給出PCB板電路圖。關(guān)鍵詞：TOP224Y；單片開關(guān)電源；高頻變壓器；PCB板。

　　

【正文】 TL431 的光 耦反饋電路。其中第四種反饋電路的 性能 能最佳 。 故 本設(shè)計采用可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器 TL431 加線形光耦 PC817A 構(gòu)成反饋回路，可使電壓調(diào)整率達到177。 0． 2%。電路利用輸出電壓與 TL431 構(gòu)成的誤差比較器，通過光耦 PC817A 線性關(guān)系的電流變化控制 TOPSwitch224Y 的 CI ， 從而改變 PWM 寬度，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。流入 TOPSwitch224Y 控制腳 C 的電流 CI 與占空比 D 成反比關(guān)系，如圖 34 所示： 圖 34 電流 I 于占空比 D 的關(guān)系圖 為使 PWM 線性調(diào)節(jié)，控制腳電流 CI 應(yīng)在 2~6mA 之間，而 CI 是受光耦二極管電流 fI 控制的，由于 PC817A 是線性光耦，二極管正向電流 fI 在 3mA 左右時三極管的集射電流 CRI 在 4mA 左右，而且集射電壓在很寬的范圍內(nèi)線性變化。因此一般選 PC817A 二極管正向電流 fI 為 3mA。 從 TL431 的技術(shù)參數(shù)可知，陰極工作電壓 KAU 的允許范圍為 2． 5~37V，陰極工作電流 KAI 在 1~100mA 內(nèi)變化，一般選 30mA 即可，不但可以穩(wěn)定工作，又能提供一部分死負載。 對于主電路圖所示電路中 的反饋部分， 主要是確定 2R 、 3R 、 4R 和 5R 的值。 根據(jù) TL431 的特性可知， 0V 、 REFV 、 4R 和 5R 之間存在以下關(guān)系： REFVRRV ???????? ?? 540 1 (38) 式中 ， REFV — TL431 參考端電壓，為 2． 5V； 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 26 0V — 輸出電壓 ，為 12V。 先取 5R =10K，則由式 (38)， 算得 4R =38K。再確定 2R 、 3R ， 由 主 電路 圖 可知： ? ? 32 RIIVIR fKAff ??? (39) 式中， fV — 光耦二極管的正向壓降 。 由 PC817技術(shù)手冊知，典型值為 1． 2V。 先取 2R =500? ， 則由式 (39)，可得3R =100? 。設(shè)計的實際取值為： 2R =500? ， 3R =100? ， 4R =38K? ， 5R =10K? 。 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 27 第 4 章 PCB 板設(shè)計 PCB 的英文全稱是 Printed Circuie Board,中文含義為印制電路板 。根據(jù)電氣原理圖預(yù)定設(shè)計，制成印制線路，并與固定元器件結(jié)合為一體，稱為印制電路。把印制電路印制在特殊材料的成品板上，稱為印制電路板。 隨著開關(guān)電源的設(shè)計產(chǎn)品越來越向高密集度、寬帶、高頻化、小型化方向發(fā)展，這就導(dǎo)致了開關(guān)電源電磁傳導(dǎo)干擾的嚴重性越來越大?，F(xiàn)階段 PCB 的電磁兼容性 (EMC)問題是設(shè)計開關(guān)電源時最難解決的問題。射頻干擾、傳導(dǎo)噪聲已成為 PCB 設(shè)計的重要問題。 PCB 技術(shù)簡介 印制電路板的設(shè)計是以電路原理圖為根據(jù)，實現(xiàn)電路設(shè)計者所需要的功能。印刷電路板的設(shè)計主要指版圖設(shè)計， 即通過 考慮外部連接 和內(nèi)部電子元器件的優(yōu)化布局，電磁保護，熱好散等等各種因素，然后基于 PCB 設(shè)計的一般注意事項和原則進行布局、布線、接地、去耦電容的配置的設(shè)計，最終實現(xiàn)設(shè)計預(yù)定的功能。 優(yōu)秀的版圖設(shè)計可以節(jié)約生產(chǎn)成本，達到良好的電路性能和散熱性能。簡單的版圖設(shè)計可以用手工實現(xiàn)， 而 復(fù)雜的版圖設(shè)計需要借助計算機輔助設(shè)計 (CAD)來 實現(xiàn)。 PCB 的分類 根據(jù)電路層數(shù)分類：分為 單面板、雙面板和多層板 。常見的多層板一般為 4 層板或 6 層板，復(fù)雜的多層板可達十幾層。 下面分別簡述這三種電路板： (1) 單面板 (SingleSided Boards) 在最基本的 PCB 上，零件集中在其中一面，導(dǎo)線則集中在另一面上。因為導(dǎo)線只出現(xiàn)在其中一面，所以這種 PCB叫作單面板 (Singlesided)。因為單面板在設(shè)計線路上有許多嚴格的限制（因為只有一面，布線間不能交叉而必須繞獨自的路徑），所以只有早期的電路才使用這類的板子。 青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 28 (2) 雙面板 (DoubleSided Boards) 這種電路板的兩面都有布線，不過要用上兩面的導(dǎo)線，必須要在兩面間有適當?shù)碾娐愤B接才行。這種電路間的“橋梁 ”叫做導(dǎo)孔 (via)。導(dǎo)孔是在 PCB 上，充滿或涂上金屬的小洞 ，它可以與兩面的導(dǎo)線相連接。因為雙面板的面積比單面板大了一倍，而且因為布線可以互相交錯 (可以繞到另一面 )，它更適合用在比單面板更復(fù)雜的電路上。 (3) 多層板 (MultiLayer Boards) 為了增加可以布線的面積，多層板用上了更多單或雙面的布線板。用一塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層或二塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層的印刷線路板，通過定位系統(tǒng)及絕緣粘結(jié)材料交替在一起且導(dǎo)電圖形按設(shè)計要求進行互連的印刷線路板就成為四層、六層印刷電路板了，也稱為多層印刷線路板。板子的層數(shù)就代表了有幾層獨立的布線層，通常層數(shù)都 是偶數(shù)，并且包含最外側(cè)的兩層。大部分的主機板都是 4 到 8 層的結(jié)構(gòu)，不過技術(shù)上理論可以做到近 100 層的 PCB 板。大型的超級計算機大多使用相當多層的主機板，不過因為這類計算機已經(jīng)可以用許多普通計算機的集群代替，超多層板已經(jīng)漸漸不被使用了。因為PCB 中的各層都緊密的結(jié)合，一 般不太容易看出實際數(shù)目，不過如果仔細觀察主機板，還是可以看出來 。 國內(nèi) PCB 技術(shù)的發(fā)展前景 回憶中國 PCB 走過五十年的艱難歷程，今天它已在世界 PCB 發(fā)展史上寫下光輝一頁。 2020 年中國 PCB 產(chǎn)值近 130 億美元，稱為全球 PCB 第一生產(chǎn) 大國。就當前 PCB 技術(shù)發(fā)展趨勢，一一進行解讀： (1) 沿著高密度互連技術(shù) (HDI)道路發(fā)展下去 由于 HDI 集中體現(xiàn)當代 PCB 最先進技術(shù)，它給 PCB 帶來精細導(dǎo)線化、微小孔徑化。 HDI 多層板應(yīng)用終端電子產(chǎn)品中 移動電話 (手機 )是 HDI 前沿發(fā)展技術(shù)典范。在手機中 PCB 主板微細導(dǎo)線 (50μ m～ 75μ m/50μ m～ 75μ m，導(dǎo)線寬度 /間距 )已成為主流，此外導(dǎo)電層、板厚薄型化；導(dǎo)電圖形微細化，帶來電子設(shè)備高密度化、高性能化。 二十多年 HDI 促使移動電話發(fā)展，帶動信息處理和控制基本頻率功能的 LSI和 CSP 芯片 (封裝 )、封裝用模板基板的發(fā)展，同樣也促進 PCB 的發(fā)展，因此要青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 29 沿著 HDI 道路發(fā)展下去。 (2) 元件埋嵌技術(shù)具有強大的生命力 在 PCB 的內(nèi)層形成半導(dǎo)體器件 (稱有源元件 )、電子元件 (稱無源元件 )或無源元件功能“元件埋嵌 PCB”已開始量產(chǎn)化，元件埋嵌技術(shù)是 PCB 功能集成電路的巨大變革，但要發(fā)展必須解決模擬設(shè)計方法，生產(chǎn)技術(shù)以及檢查品質(zhì)、可靠性保證乃是當務(wù)之急。 我們要在包括設(shè)計、設(shè)備、檢測、模擬在內(nèi)的系統(tǒng)方面加大資源投入才能保持強大生命力。 (3) PCB 中材料開發(fā)要更上一層樓 無論是剛性 PCB 或是撓性 PCB 材 料，隨著全球電子產(chǎn)品無鉛化，要求必須使這些材料耐熱性更高，因此新型高 Tg、熱膨脹系數(shù)小、介質(zhì)常數(shù)小，介質(zhì)損耗角正切優(yōu)良材料不斷涌現(xiàn)。 (4) 光電 PCB 前景廣闊 它利用光路層和電路層傳輸信號，這種新技術(shù)關(guān)鍵是制造光路層 (光波導(dǎo)層 )。它是一種有機聚合物，利用平版影印、激光燒蝕、反應(yīng)離子蝕刻等方法來形成。目前該技術(shù)在日本、美國等已產(chǎn)業(yè)化。 (5) 制造工藝要更新、先進設(shè)備要引入 1． 制造工藝 HDI 制造已成熟并趨于完善，隨著 PCB 技術(shù)發(fā)展，雖然過去常用的減成法制造方法仍占主導(dǎo)地位，但加成法和半加成法等低成本工藝 開始興起。 利用納米技術(shù)使孔金屬化同時形成 PCB 導(dǎo)電圖形新型制造撓性板工藝方法。 高可靠性、高品質(zhì)的印刷方法、噴墨 PCB 工藝。 2． 先進設(shè)備 生產(chǎn)精細導(dǎo)線、新高解析度光致掩模和曝光裝置以及激光直接曝光裝置。 均勻一致鍍覆設(shè)備。 生產(chǎn)元件埋嵌 (無源有源元件 )制造和安裝設(shè)備以及設(shè)施。 21 世紀人類進入了高度信息化社會，在信息產(chǎn)業(yè)中 PCB 是一個不可缺少的重要支柱。電子設(shè)備要求高性能化、高速化和輕薄短小化，而作為多學(xué)科行業(yè)PCB 是高端電子設(shè)備最關(guān)鍵技術(shù)。 PCB 產(chǎn)品中無論剛性、撓性、剛 撓結(jié)合多層板，以及用于 IC 封裝基板的模組基板，為高端電子設(shè)備做出巨大貢獻。 PCB青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 30 行業(yè)在電子互連技術(shù)中占有重要地位。 PCB 板設(shè)計應(yīng)注意的問題 在任何開關(guān)電源設(shè)計中， PCB 板的物理設(shè)計都是最后一個環(huán)節(jié)，如果設(shè)計方法不當， PCB 可能會輻射過多的電磁干擾，造成電源工作不穩(wěn)定，以下針對各個步驟中所需注意的事項進行分析 ： 1) 參數(shù)設(shè)置相鄰導(dǎo)線間距必須能滿足電氣安全要求，而且為了便于操作和生產(chǎn)，間距也應(yīng)盡量寬些。最小間距至少要能適合承受的電壓，在布線密度較低時，信號線的間距可適當?shù)丶哟?，對高、低電平懸殊的信號線應(yīng)盡可能地短且加大間距 ，一般情況下將走線間距設(shè)為 8mm。 焊盤內(nèi)孔邊緣到印制板邊的距離要大于 1mm，這樣可以避免加工時導(dǎo)致焊盤缺損。當與焊盤連接的走線較細時，要將焊盤與走線之間的連接設(shè)計成水滴狀，這樣的好處是焊盤不容易起皮，而 且 走線與焊盤不易斷開。 2) 元器件布局實踐證明，即使電路原理圖設(shè)計正確，印制電路板設(shè)計不當，也會對電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如，如果印制板兩條細平行線靠得很近，則會形成信號波形的延遲，在傳輸線的終端形成反射噪聲；由于電源、地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產(chǎn)品的性能下降，因此，在設(shè)計印制電路板的時候 ，應(yīng)注意采用正確的方法。每一個開關(guān)電源都有四個電流回路： (1) 電源開關(guān)交流回路 ； (2) 輸出整流交流回路 ； (3) 輸入信號源電流回路 ； (4) 輸出負載電流回路輸入回路 。 通過一個近似直流的電流對輸入電容充電，濾波電容主要起到一個寬帶儲能作用；類似地，輸出濾波電容也用來儲存來自輸出整流器的高頻能量，同時消除輸出負載回路的直流能量。所以，輸入和輸出濾波電容的接線端十分重要，輸入及輸出電流回路應(yīng)分別只從濾波電容的接線端連接到電源；如果在輸入 /輸出回路和電源開關(guān) /整流回路之間的連接無法與電容的接線端直接相連 ，交流能量將由輸入或輸出濾波電容并輻射到環(huán)境中去。電源開關(guān)交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形電流，這些電流中諧波成分很高，其頻率遠大于開關(guān)基頻，峰值幅度可高達持續(xù)輸入 /輸出直流電流幅度的 5青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 31 倍，過渡時間通常約為 50ns。這兩個回路最容易產(chǎn)生電磁干擾，因此必須在電源中其它印制線布線之前先布好這些交流回路，每個回路的三種主要的元件濾波電容、電源開關(guān)或整流器、電感或變壓器應(yīng)彼此相鄰地進行放置，調(diào)整元件位置使它們之間的電流路徑盡可能短。 建立開關(guān)電源布局的最好方法與其電氣設(shè)計相似，最佳設(shè)計流程如下： (1) 放置 變壓器 ； (2) 設(shè)計電源開關(guān)電流回路 ； (3) 設(shè)計輸出整流器電流回路 ； (4) 連接到交流電源電路的控制電路 ； (5) 設(shè)計輸入電流源回路和輸入濾波器 ； (6) 設(shè)計輸出負載回路和輸出濾波器根據(jù)電路的功能單元 。 對電路的全部元器件進行布局時，要符合以下原則： (1) 首先要考慮 PCB 尺寸大小。 PCB 尺寸過大時，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；過小則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。電路板的最佳形狀矩形，長寬比為 3： 2 或 4： 3，位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于 2mm。 (2) 放置器件時要考慮以后的焊接，不要太密集 。 (3) 以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。元器件應(yīng)均勻、 整齊、緊湊地排列在 PCB 上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接 , 去耦電容盡量靠近器件的 VCC。 (4) 在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應(yīng)盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀，而且裝焊容易，易于批量生產(chǎn)。 (5) 按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致的方向。 (6) 布局的首要原則是保證布線的布通率，移動器 件時注意飛線的連接，把有連線關(guān)系的器件放在一起。 (7) 盡可能地減小環(huán)路面積 ,以抑制開關(guān)電源的輻射干擾。 3) 開關(guān)電源中包含有高頻信號， PCB 上任何印制線都可以起到天線的作用，印制線的長度和寬度會影響其阻抗和感抗，從而影響頻率響應(yīng)。即使是通過直流青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 32 信號的印制線也會從鄰近的印制線耦合到射頻信號并造成電路問題 (甚至再次輻射出干擾信號 )。因此應(yīng)將所有通過交流電流的印制線設(shè)計得盡可能短而寬，這意味著必須將所有連接到印