电源PCB设计,这些你必需知道

>2019-05-19 17:07:55 来源:muRata
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一、 从原理图到PCB的设计流程

树立元件参数-》输入原理网表-》设计参数设置-》手工布局-》手工布线-》验证设计-》复查-》CAM输入。
 
二、 参数设置
相邻导线间距必需能称心电气平安请求,而且为了便于操纵和临盆,间距也应尽量宽些。最小间距至少要能得当承受的电压,在布线密度较低时,信号线的间距可适本地加大,对高、低电平悬殊的信号线应尽量地短且加大间距,一样平常环境下将走线间距设为8mil。焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm,如许可以或许或许防止加工时导致焊盘缺损。当与焊盘衔接的走线较细时,要将焊盘与走线之间的衔接设计成水滴状,如许的好处是焊盘不容易起皮,而是走线与焊盘不易断开。
 
三、 元器件布局
实践证明,即使电路原理图设计正确,印制电路板设计不当,也会对电子设备的靠得住性发生不利影响。例如,如果印制板两条细平行线靠得很近,则会构成信号波形的延迟,在传输线的终端构成反射噪声;因为电源、地线的考虑不周到而引起的干扰,会使产品的机能下降,因此,在设计印制电路板的时候,应注意采纳正确的办法。每个开关电源都有四个电流回路:
 
(1)电源开关交换回路
 
(2)输入整流交换回路
 
(3)输入信号源电流回路
 
(4)输入负载电流回路输入回路
 
颠末过程一个近似直流的电流对输入电容充电,滤波电容重要起到一个宽带储能感化;类似地,输入滤波电容也用来储存来自输入整流器的高频能量,同时消除输入负载回路的直流能量。所以,输入和输入滤波电容的接线端十分重要,输入及输入电流回路应分离只从滤波电容的接线端衔接到电源;如果在输入/输入回路和电源开关/整流回路之间的衔接无法与电容的接线端间接相连,交换能量将由输入或输入滤波电容并辐射到环境中去。
 
电源开关交换回路和整流器的交换回路包含高幅梯形电流,这些电流中谐波成分很高,其频率远大于开关基频,峰值幅度可高达持续输入/输入直流电流幅度的5倍,过渡光阴通常约为50ns。这两个回路最容易发生电磁干扰,因此必需在电源中其它印制线布线之前先布好这些交换回路,每个回路的三种重要的元件滤波电容、电源开关或整流器、电感或变压器应彼此相邻地停止放置,调剂元件地位使它咱咱们之间的电流门路尽量短。
 
树立开关电源布局的最佳办法与其电气设计相似,最佳设计流程如下:
 
1、放置变压器
 
2、设计电源开关电流回路
 
3、设计输入整流器电流回路
 
4、衔接到交换电源电路的节制电路
 
设计输入电流源回路和输入滤波器 设计输入负载回路和输入滤波器根据电路的功效单位,对电路的全体元器件停止布局时,要相符如下原则:
 
(1) 首先要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时,印制线条长,阻抗增长,抗噪声能力下降,本钱也增长;过小则散热不好,且邻近线条易受干扰。电路板的最佳形状矩形,长宽比为3:2或4:3,位于电路板边缘的元器件,离电路板边缘一样平常不小于2mm。
 
(2) 放置器件时要考虑以后的焊接,不要太密集。
 
(3) 以每个功效电路的中央元件为中央,环抱它来停止布局。元器件应均匀、 整齐、紧凑地排列在PCB上,尽量削减和缩短各元器件之间的引线和衔接, 去耦电容尽量靠近器件的VCC
 
(4) 在高频下工作的电路,要考虑元器件之间的散布参数。一样平常电路应尽量使元器件平行排列。如许,不但美观,而且装焊容易,易于批量临盆。
 
(5) 按照电路的流程支配各个功效电路单位的地位,使布局便于信号流畅,并使信号尽量对峙同等的偏向。
 
(6) 布局的首要原则是包管布线的布通率,移动器件时注意飞线的衔接,把有连线相干的器件放在一路。
 
(7) 尽量地减小环路面积,以克制开关电源的辐射干扰。
 
四、布线
开关电源中包含有高频信号,PCB上任何印制线都可以或许或许起到天线的感化,印制线的长度和宽度会影响其阻抗和感抗,从而影响频率相应。即使是颠末过程直流信号的印制线也会从邻近的印制线耦合到射频信号并构成电路成就(甚至再次辐射出干扰信号)。因此应将统统颠末过程交换电流的印制线设计得尽量短而宽,这意味着必需将统统衔接到印制线和衔接到其余电源线的元器件放置得很近。
 
印制线的长度与其表示出的电感量和阻抗成正比,而宽度则与印制线的电感量和阻抗成反比。长度反映出印制线相应的波长,长度越长,印制线能发送和接收电磁波的频率越低,它就能辐射出更多的射频能量。根据印制线路板电流的大小,尽量加租电源线宽度,削减环路电阻。 同时、使电源线、地线的走向和电流的偏向同等,如许有助于增强抗噪声能力。接地是开关电源四个电流回路的底层支路,作为电路的公共参考点起着很重要的感化,它是节制干扰的重要办法。因此,在布局中应仔细考虑接地线的放置,将各种接地混合会构成电源工作不稳固。
 
在地线设计中应注意如下几点 :
 
1、正确抉择单点接地通常,滤波电容公共端应是其它的接地点耦合到大电流的交换地的唯一衔接点,同一级电路的接地点应尽量靠近,而且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上,重要是考虑电路各部分回流到地的电流是变更的,因实际流过的线路的阻抗会导致电路各部分地电位的变更而引入干扰。在本开关电源中,它的布线和器件间的电感影响较小,而接地电路构成的环流对干扰影响较大,因而采纳一点接地,行将电源开关电流回路 (中的几个器件的地线都连到接地脚上,输入整流器电流回路的几个器件的地线也同样接到相应的滤波电容的接地脚上,如许电源工作较稳固,不易自激。做不到单点时,在共地处接两二极管或一小电阻,其实接在比较会合的一块铜箔处就可以或许或许。
 
2、 尽量加粗接地线 若接地线很细,接地电位则随电流的变更而变更,致使电子设备的定时信号电平不稳,抗噪声机能变坏,因此要确保每个大电流的接地端采纳尽量短而宽的印制线,尽量加宽电源、地线宽度,最佳是地线比电源线宽,它咱咱们的相干是:地线>电源线>信号线,如有可能,接地线的宽度应大于3mm,也可用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相衔接作为地线用。停止全局布线的时候,还须遵照如下原则 
 
开关电源PCB设计技能和电气平安尺度
 
(1)。布线偏向:从焊接面看,元件的排列方位尽量对峙与原理图相同等,布线偏向最佳与电路图走线偏向相同等,因临盆过程中通常必要在焊接面停止各种参数的检测,故如许做便于临盆中的检查,调试及检修(注:指在称心电路机能及零件装配与面板布局请求的条件下)。 布线偏向:从焊接面看,元件的排列方位尽量对峙与原理图相同等,布线偏向最佳与电路图走线偏向相同等,因临盆过程中通常必要在焊接面停止各种参数的检测,故如许做便于临盆中的检查,调试及检修(注:指在称心电路机能及零件装配与面板布局请求的条件下)。
 
(2)。设计布线图时走线尽量少拐弯,印刷弧上的线宽不要突变,导线拐角应≥90度,力图线条简略明了。
 
(3)。印刷电路中不允许有交叉电路,对付可能交叉的线条,可以或许或许用“钻”、“绕”两种办法解决。即让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”曩昔,或从可能交叉的某条引线的一端“绕”曩昔,在分外环境下如何电路很复杂,为简化设计也允许用导线跨接,解决交叉电路成就。因采纳单面板,直插元件位于top面,表贴器件位于bottom面,所以在布局的时候直插器件可与表贴器件交叠,但要防止焊盘重叠。
 
3、输入地与输入地本开关电源中为低压的DC-DC,欲将输入电压反馈回变压器的初级,两边的电路应有共同的参考地,所以在对两边的地线分离铺铜之后,还要衔接在一路,构成共同的地。
 
五、间距
对付高电压产品必必要考虑到线间距。能称心相应安规请求的间距当然最佳,但很多时候对付不必要认证,或没法称心认证的产品,间距就由经验决定了。
 
多宽的间距合适?必需考虑临盆能否包管板面干净、环境湿度、其余净化等环境如何。
 
对付市电输入,即使能包管板面干净、密封,MOS管漏源极间接近600V,小于1mm事实上也比较危险了!
 
六、板边缘的元器件
在PCB边沿的贴片电容或其余易损坏的器件,在放置时必需考虑PCB分板偏向,如图是各种放置办法时,器件遭到的应力大小对比。
 
分板时器件遭到的应力对比
 
由此可以或许或许看出,器件应远离并平行于分板边缘,否则可能因为PCB分板导致元器件受损。
 
七、环路面积
不管是输入或是输入、功率环路或信号环路,应尽量的小。功率环路发射电磁场,将导致较差的EMI特性或较大的输入噪声;同时,若被节制环接收,很可能引起异常。
 
另外一方面,若功率环路面积较大,其等效寄生电感也会增大,可能增长漏极噪声尖峰。
 
八、关键走线
因di/dt 感化,必需减小静态节点处电感,否则会发生较强的电磁场。若要减小电感,重要是要削减布线的长度,增长宽度感化较小。
 
九、信号线
对付全体节制部分,布线时应考虑将其远离功率部分。若因其余限制两者靠得较近,不应将节制线与功率线并行,否则可能导致电源工作异常、震荡。
 
另外若节制线很长,应该未来回的一对线的靠近,或将二者置于PCB的两个面上并正对着,从而减小其环路面积,防止被功率部分的电磁场干扰。如图2说明了A、B两点间,正确与错误的信号线布线办法。
 
正确与错误的信号线布线办法
 
当然,信号线上应尽量削减用于衔接的过孔!
 
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