淺談開關(guān)電源PCB設(shè)計
對于開關(guān)電源的研發(fā),PCB設(shè)計占據(jù)很重要的地位。一個差的PCB,EMC性能差、輸出噪聲大、抗干擾能力弱,甚至連基本功能都有缺陷。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201709/363790.htm與其他硬件電路PCB稍有不同,開關(guān)電源PCB有一些自身的特點。本文將結(jié)合工程經(jīng)驗,簡單談一談開關(guān)電源PCB布線的一些最基本的原則。
1、間距
對于高電壓產(chǎn)品必須要考慮到線間距。能滿足相應(yīng)安規(guī)要求的間距當然最好,但很多時候?qū)τ诓恍枰J證,或沒法滿足認證的產(chǎn)品,間距就由經(jīng)驗決定了。多寬的間距合適?必須考慮生產(chǎn)能否保證板面清潔、環(huán)境濕度、其他污染等情況如何。
對于市電輸入,即使能保證板面清潔、密封,MOS管漏源極間接近600V,小于1mm事實上也比較危險了!
2、板邊緣的元器件
在PCB邊沿的貼片電容或其他易損壞的器件,在放置時必須考慮PCB分板方向,如圖是各種放置方法時,器件受到的應(yīng)力大小對比。
圖1 分板時器件受到的應(yīng)力對比
由此可以看出,器件應(yīng)遠離并平行于分板邊緣,否則可能因為PCB分板導(dǎo)致元器件受損。
3、環(huán)路面積
無論是輸入或是輸出、功率環(huán)路或信號環(huán)路,應(yīng)盡可能的小。功率環(huán)路發(fā)射電磁場,將導(dǎo)致較差的EMI特性或較大的輸出噪聲;同時,若被控制環(huán)接收,很可能引起異常。
另一方面,若功率環(huán)路面積較大,其等效寄生電感也會增大,可能增加漏極噪聲尖峰。
4、關(guān)鍵走線
因di/dt 作用,必須減小動態(tài)節(jié)點處電感,否則會產(chǎn)生較強的電磁場。若要減小電感,主要是要減少布線的長度,增加寬度作用較小。
5、信號線
對于整個控制部分,布線時應(yīng)考慮將其遠離功率部分。若因其他限制兩者靠得較近,不應(yīng)將控制線與功率線并行,否則可能導(dǎo)致電源工作異常、震蕩。
另外若控制線很長,應(yīng)該將來回的一對線的靠近,或?qū)⒍咧糜赑CB的兩個面上并正對著,從而減小其環(huán)路面積,避免被功率部分的電磁場干擾。如圖2說明了A、B兩點間,正確與錯誤的信號線布線方法。
圖2正確與錯誤的信號線布線方法。
當然,信號線上應(yīng)盡量減少用于連接的過孔!
6、鋪銅
有的時候鋪銅是完全沒有必要的,甚至應(yīng)該避免。若銅面積足夠大且其電壓不斷變化,一方面它可能作為天線,向周圍輻射電磁波;另一方面它又很容易拾起噪聲。
通常只允許在靜態(tài)節(jié)點鋪銅,例如對輸出端“地”節(jié)點鋪銅,可以等效增加輸出電容,濾除一些噪聲信號。
7、映射
對于一個回路,可以在PCB的一面進行鋪銅,它會根據(jù)PCB另一面的布線自動映射,使這個回路的阻抗最小。這就好像一組不同阻抗值的阻抗并聯(lián),電流會自動選擇阻抗最小的路徑流過一樣。
事實上可以在控制部分電路的一面進行連線,而在另一面對“地”節(jié)點鋪銅,兩個面間通過過孔連接。
8、輸出整流二極管
輸出整流二極管若離輸出端比較近,不應(yīng)將其與輸出平行放置。否則二極管處產(chǎn)生的電磁場將穿入電源輸出與外接負載形成的環(huán)路,使測得的輸出噪聲增大。
圖3 正確與錯誤的二極管放置方向
9、地線
地線的布線必須非常小心,否則可能引起EMS、EMI性能和其他性能變差。對于開關(guān)電源PCB的“地”,至少做到以下兩點:(1)功率地和信號地,應(yīng)單點連接;(2)不應(yīng)有存在地環(huán)路。
10、Y電容
輸入輸出經(jīng)常會接入Y電容,有時因某些原因,可能無法將其掛在輸入電容地上,此時切記,一定要接在靜態(tài)節(jié)點,如高壓端。
11、其他
實際電源PCB設(shè)計時,可能還要考慮其他一些問題,例如“壓敏電阻應(yīng)緊靠被保護電路”、“共模電感應(yīng)增加放電齒”、“芯片VCC供電處應(yīng)增加瓷片電容”等等。另外,是否需特殊處理,如銅箔、屏蔽等,在PCB設(shè)計階段也是需要考慮的。
有時往往會遇到多個原則相互沖突的情況,滿足其中一個就滿足不了其他的,這是需要工程師應(yīng)用已有的經(jīng)驗,根據(jù)實際項目需求,確定最合適的布線了!
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