漫谈“超薄型”开关电源的工艺设计！

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几年前市场上就开始有了宣称超薄电 几年前市场上就开始有了宣称超薄电 源产品，随着电子技术的飞速发展，人们 源产品，随着电子技术的飞速发展，人们 日常生活中所使用的电子产品越来越趋向 日常生活中所使用的电子产品越来越趋向 于轻薄、便携，最具代表性的要数笔记本 于轻薄、便携，最具代表性的要数笔记本 电脑了，其性能在不断增强的同时体积也 电脑了，其性能在不断增强的同时体积也 在不断缩小、日趋轻薄，其配套的电源适 在不断缩小、日趋轻薄，其配套的电源适 配器却依然笨重，当然轻薄的电源适配器 配器却依然笨重，当然轻薄的电源适配器 也有，但可算得上是屈指可数了，为什么 也有，但可算得上是屈指可数了，为什么 呢？

超薄电源的基本构成特点

■细长的电解电容  

■超薄的磁芯

■高效率

高效率的一般方案

■BUCK PFC

■交错 交错PFC

■LLC 谐振

■SR同步整流

其实，电源实现超薄最大困难不是在元件的选用上，也不是在方案的选型上，而是在工艺的设计上。

为什么这么说呢？

一个超薄的电源生产出来，其制造成本将会占整个电源的50%以上，甚至更 以上，甚至更高…

下面将我个人在超薄电源工艺设计上的一些领悟分享给大家。

产品是几年前设计的一个全电压输入， 输出65W的笔记本适配器。

电源要做薄，几乎所有的插件元件都得倒下安装，要做到超薄，就得在尺寸上“斤斤计较” 了，甚至部分元件要做沉板安装工艺。

PCBA

侧面

PCBA总高设计为10.5mm，电容采用φ 10mm 的，实际直径为10.2mm，预留 0.3mm的装配公差。

正视图

背视图

先看下EMC和输入滤波部分

EMC滤波部分是单独在一块小板上，线路在小板上完成，因为此产品是过PSE认证（PSE对整流桥之前的电路距离都有要求），所以利用2个共模电感用三层绝缘线和铁氟龙套管飞线，可以减小布线难度。采用小板装配的优点是可以正常完成SMT贴片和插件作业，无需对电容和电感做特殊整脚成型。

再来看看 再来看看PCB PCB的 的LAYOUT

EMC小板Toplayer层

EMC小板Bottomlayer层

在EMC小板上有一个大焊盘用来提供 AC-N AC-N线的回路同时固定EMC小板，还有2个方孔，用来与主板组装，这样既可以固定EMC小板，也可以免治具组装。

输入滤波电容小板Toplayer层

输入滤波电容小板Bottomlayer层

在输入滤波电容小板上，同样有4个大焊盘用来做输入和输出回路，也有 3个方孔用来固定和免治具组装。输入滤波电容小板也有线路连接，也省掉了电容弯脚成型的动作，也简化了布线。

下面隐藏BottomOverlay层，再看看

可以看到中间2个电容的焊盘在Bottomlayer和铜箔是没有连接的。电流是从左边的2个大方焊盘输入到第1个电容，经过Toplayer层依次经过第2个电容和第3个电容，再到第4个电容输出的。可以有效利用电容减小线路纹波。

在以上小板组装设计时，需要考虑到PCB板的厚度及CNC钻孔和装配公差，一般在组装处的PCB不要铺铜和放置焊盘或过孔，防止PCB在制作过程中沉铜或电镀工艺影响板厚的组装公差，方孔长度也需考虑到CNC铣边的R角度，一般需留单边0.15~0.2mm（共0.3~0.4mm)的组装公差，否则会导致组装困难。

次级输出滤波小板也是采用此方式安装。

平面变压器是实现超薄的一大利器， 因为平面变压器的AW值一般很小，所以一般不采用传统的BOBBIN做骨架来绕线，而采用多层PCB布线来替代铜线，但因为安规的需要，其次级的线圈仍然采用三层绝缘线绕制。为了方便绕制，采用2块多层板在其中间绕三层绝缘线，这样就不用附加绕线 BOBBIN了。

平面变压器

这是一颗POT3309的平面变压器，采用原POT3311的CORE研磨到9.3~9.5mm=，采用2块4层FR-4 PCB布置初级铜线和1块双面 块双面FR-4 PCB 布置反馈线圈，中间用三层绝缘线绕制次级。

结构顺序为：

磁芯—绝缘片—初级PCB—绝缘片—反馈 PCB—绝缘片—次级三层绝缘线—绝缘片— 初级PCB—磁芯。

在焊接平面变压器时需要在变压器地线垫一片0.6mm厚的物体托起，已确保变压器和输入滤波电容达到同一平面。平面变压器的左右定位就完全由电源主PCB和变压器初级PCB完成，整个焊接也可算是免治具焊接了。

剩下的动作就是焊接组装散热片后的MOS和肖特基了。在整个电源制成中，除 和肖特基了。在整个电源制成中，除输入连接器焊接、MOS管散热片和肖特基散热片及管脚加工需要采用治具外，其他都是无治具焊接组装，可以提高了批量产量，减少了制造成本。

再来看看设计完成的PCB外框。

这个PCB如何排版开模呢？难道要全部进行电脑锣边？如何进行SMT SMT贴片呢？

采用复位冲压就可以解决这个问题。复位冲压模具的原理是采用上模将 PCB板材中设计的外框形状采用模具冲压致使其错位2/3，再采用下模将其复位，做出来的PCB板看起来还是一个整的PCB板材，但设计的PCB外框已经 外框已经“ 镶 ”在中间了，这样既解决了异形板框的排版问题，也解决了SMT作业和过波峰PCB板受元件压力变形问题。
下面看一下排版开模制作的PCB。

在波峰完成后，可剪开PCB外框即可取出PCBA了，这样也避免普通采用 V-CUT分PCB板边元件和PCB薄弱处的元件受外力损坏的问题。

作者：黄亭