開關(guān)電源PCB設(shè)計(jì)入門

1、.開關(guān)電源 PCB設(shè)計(jì)技巧和電氣安全規(guī)范在任何開關(guān)電源設(shè)計(jì)中， PCB板的物理設(shè)計(jì)都是最后一個(gè)環(huán)節(jié)，如果設(shè)計(jì)方法不當(dāng)， PCB可能會(huì)輻射過多的電磁干擾，造成電源工作不穩(wěn)定，以下針對(duì)各個(gè)步驟中所需注意的事項(xiàng)進(jìn)行分析：一、從原理圖到PCB的設(shè)計(jì)流程建立元件參數(shù) >輸入原理網(wǎng)表 -> 設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置 -> 手工布局 -> 手工布線 -> 驗(yàn)證設(shè)計(jì) >復(fù)查 ->CAM輸出。二、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(shí)， 信號(hào)線的間距可適當(dāng)?shù)丶哟螅?對(duì)高、低電平懸殊的信

2、號(hào)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8mil 。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(shí)導(dǎo)致焊盤缺損。 當(dāng)與焊盤連接的走線較細(xì)時(shí)， 要將焊盤與走線之間的連接設(shè)計(jì)成水滴狀，這樣的好處是焊盤不容易起皮，而是走線與焊盤不易斷開。如圖：;.三、元器件布局實(shí)踐證明，即使電路原理圖設(shè)計(jì)正確， 印制電路板設(shè)計(jì)不當(dāng)， 也會(huì)對(duì)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(xì)平行線靠得很近，則會(huì)形成信號(hào)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(huì)使產(chǎn)品的性能下降，因此，在設(shè)計(jì)印制電路板的時(shí)候，應(yīng)注意采用正確的方法。每一個(gè)開關(guān)電源都

3、有四個(gè)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(hào)源電流回路(4). 輸出負(fù)載電流回路通過一個(gè)近似直流的電流對(duì)輸入電容充電，濾波電容主要起到一個(gè)寬帶儲(chǔ)能作用；類似地，輸出濾波電容也用來(lái)儲(chǔ)存來(lái)自輸出整流器的高頻能量，同時(shí)消除輸出負(fù)載回路的交流能量。 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(wú)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(yuǎn)大

4、于開關(guān)基頻，峰值幅度可高達(dá)持續(xù)輸入/ 輸出直流電流幅度的5 倍，過渡時(shí)間通常約為50ns。這兩個(gè)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(gè)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(jìn)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(jì)相似，最佳設(shè)計(jì)流程如下：1. 放置變壓器2. 設(shè)計(jì)電源開關(guān)電流回路3. 設(shè)計(jì)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(jì)輸入電流源回路和輸入濾波器6. 設(shè)計(jì)輸出負(fù)載回路和輸出濾波器根據(jù)電路的功能單元，對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局時(shí)，要符合

5、以下原則：(1) 首先要考慮 PCB尺寸大小。 PCB尺寸過大時(shí)，印制線條長(zhǎng)，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(zhǎng)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(shí)要考慮以后的焊接，不要太密集。(3) 以每個(gè)功能電路的核心元件為中心， 圍繞它來(lái)進(jìn)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

6、且裝焊容易，易于批量生產(chǎn)。(5) 按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號(hào)流通，并使信號(hào)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(dòng)器件時(shí)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。四、布線開關(guān)電源中包含有高頻信號(hào)，PCB上任何印制線都可以起到天線的作用，印制線的長(zhǎng)度和寬度會(huì)影響其阻抗和感抗，從而影響頻率響應(yīng)。 即使是通過直流信號(hào)的印制線也會(huì)從鄰近的印制線耦合到射頻信號(hào)并造成電路問題( 甚至再次輻射出干擾信號(hào) ) 。因此應(yīng)將所有通過交流電流的印制線設(shè)計(jì)得盡可能短而寬，這意味著必須將所有連接到

7、印制線和連接到其他電源線的元器件放置得很近。印制線的長(zhǎng)度與其表現(xiàn)出的電感量和阻抗成正比，而寬度則與印制線的電感量和阻抗成反比。 長(zhǎng)度反映出印制線響應(yīng)的波長(zhǎng)，長(zhǎng)度越長(zhǎng)， 印制線能發(fā)送和接收電磁波的頻率越低，它就能輻射出更多的射頻能量。根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加租電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時(shí)，使電源線、地線的走向和電流的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。 接地是開關(guān)電源四個(gè)電流回路的底層支路，作為電路的公共參考點(diǎn)起著很重要的作用，它是控制干擾的重要方法。因此，在布局中應(yīng)仔細(xì)考慮接地線的放置，將各種接地混合會(huì)造成電源工作不穩(wěn)定。在地線設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1. 正確選擇單點(diǎn)接地。 通常，濾

8、波電容公共端應(yīng)是其它的接地點(diǎn)耦合到大電流的交流地的唯一連接點(diǎn)， 同一級(jí)電路的接地點(diǎn)應(yīng)盡量靠近， 并且本級(jí)電路的電源濾波電容也應(yīng)接在該級(jí)接地點(diǎn)上，主要是考慮電路各部分回流到地的電流是變化的，因?qū)嶋H流過的線路的阻抗會(huì)導(dǎo)致電路各部分地電位的變化而引入干擾。 在本開關(guān)電源中，它的布線和器件間的電感影響較小， 而接地電路形成的環(huán)流對(duì)干擾影響較大，因而采用一點(diǎn)接地， 即將電源開關(guān)電流回路中的幾個(gè)器件的地線都連到接地腳上，輸出整流器電流回路的幾個(gè)器件的地線也同樣接到相應(yīng)的濾波電容;.的接地腳上，這樣電源工作較穩(wěn)定，不易自激。做不到單點(diǎn)時(shí)，在共地處接兩二極管或一小電阻，其實(shí)接在比較集中的一塊銅箔處就可以。2.

9、 盡量加粗接地線。 若接地線很細(xì)， 接地電位則隨電流的變化而變化， 致使電子設(shè)備的定時(shí)信號(hào)電平不穩(wěn)， 抗噪聲性能變壞， 因此要確保每一個(gè)大電流的接地端采用盡量短而寬的印制線，盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線電源線信號(hào)線，如有可能，接地線的寬度應(yīng)大于3mm，也可用大面積銅層作地線用 , 在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。進(jìn)行全局布線的時(shí)候，還須遵循以下原則：參考圖：(1). 布線方向：從焊接面看， 元件的排列方位盡可能保持與原理圖相一致，布線方向最好與電路圖走線方向相一致，因生產(chǎn)過程中通常需要在焊接面進(jìn)行各種參數(shù)的檢測(cè)，故這樣做便于生產(chǎn)中的檢查，調(diào)

10、試及檢修（注：指在滿足電路性能及整機(jī)安裝與面板布局要求的前提下）。(2). 設(shè)計(jì)布線圖時(shí)走線盡量少拐彎，印刷弧上的線寬不要突變， 導(dǎo)線拐角應(yīng) 90度 , 力求線條簡(jiǎn)單明了。(3). 印刷電路中不允許有交叉電路，對(duì)于可能交叉的線條， 可以用“鉆”、“繞”兩種辦法解決。 即讓某引線從別的電阻、 電容、三極管腳下的空隙處 “鉆”過去，;.或從可能交叉的某條引線的一端“繞”過去，在特殊情況下如果電路很復(fù)雜，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)也允許用導(dǎo)線跨接，解決交叉電路問題。 因采用單面板， 直插元件位于top 面，表貼器件位于bottom 面，所以在布局的時(shí)候直插器件可與表貼器件交疊，但要避免焊盤重疊。3輸入地與輸出地。本

11、開關(guān)電源為低壓的DCDC，欲將輸出電壓反饋回變壓器的初級(jí)，兩邊的電路應(yīng)有共同的參考地，所以在對(duì)兩邊的地線分別鋪銅之后，還要連接在一起，形成共同的地。五、檢查布線設(shè)計(jì)完成后， 需認(rèn)真檢查布線設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)者所制定的規(guī)則，同時(shí)也需確認(rèn)所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求，一般檢查線與線、 線與元件焊盤、線與貫通孔、元件焊盤與貫通孔、貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。 電源線和地線的寬度是否合適，在 PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。 注意：有些錯(cuò)誤可以忽略， 例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外， 檢查間距時(shí)會(huì)出錯(cuò)； 另外每次修改過走線和過孔之后，都要重新覆銅一次。復(fù)查根據(jù)“ PCB檢查表”，內(nèi)容包括設(shè)計(jì)規(guī)則、層定義、線寬、間距、焊盤、過孔設(shè)置，還要重點(diǎn)復(fù)查器件布局的合理性，電源、地線網(wǎng)絡(luò)的走線，高速時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的走線與屏蔽，去耦電容的擺放和連接等。六、設(shè)計(jì)輸出輸出光繪文件的注意事項(xiàng)：a. 需要輸出的層有布線層（底層）、絲印層（包括頂層絲印、底層絲?。⒆韬笇樱ǖ讓幼韬福?、鉆孔層（底層），另外還要生成鉆孔文件（NC Drill）。;.b. 設(shè)置絲印層的 Layer 時(shí)，不要選擇 Part