開關(guān)電源PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)總結(jié)

1、PCB設(shè)計(jì)是開關(guān)電源設(shè)計(jì)非常重要的一步，對電源的電性能、EMC、可靠性、 可生產(chǎn)性都有關(guān)聯(lián)。當(dāng)前開關(guān)電源的功率密度越來越高，對PCB布局、布線的 要求也越發(fā)嚴(yán)格，合理科學(xué)的PCB設(shè)計(jì)讓電源開發(fā)事半功倍，以下細(xì)節(jié)供您參 考。一、布局要求PCB布局是比較講究的，不是說隨便放上去，擠得下就完事的。一般 PCB布局要遵循兒點(diǎn)：1、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。2、以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進(jìn) 行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在PCB 電路板上，這樣，不但美觀，而且裝焊容易，易于批 量生產(chǎn)。盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連

2、接； 振蕩電路,濾波去耦電容要緊靠近IC ,地線要短，如 圖1所示。振蕩曉近IC圖1去耦電容3、放置器件時(shí)要考慮以后的焊接和維修，兩個(gè)高度高的元件之間盡量避免 放置矮小的元件，如圖2所示，這樣不利于生產(chǎn)和維護(hù)，元件之間最好也不 要太密集，但是隨著電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的開關(guān)電源越來越趨于小型化和 緊湊化，所以就需要平衡好兩者之間的度了，既要方便焊裝與維護(hù)乂要兼顧 緊湊。、還有就是要考慮實(shí)際的貼片加工能力，按照IPC-A-6IOE的標(biāo)準(zhǔn)，考慮 元件側(cè)面偏移的精度，不然容易造成元件之間連錫，棋至山于元件偏移造成 元件距離不夠。圖24、光電耦合器件和電流采樣電路,容易被干擾,應(yīng) 遠(yuǎn)離強(qiáng)電場、強(qiáng)磁場器件

3、，如大電流走線、變壓器、 高電位脈動(dòng)器件等。5、元件布局的時(shí)候，妾優(yōu)先考慮高頻脈沖電流和大 電流的環(huán)路面積,盡可能地減小,以抑制開關(guān)電源的輻 射干擾如圖3所示的幾個(gè)電流環(huán)路是需妾特別注意 的。6、高頻脈沖電流流過的區(qū)域要遠(yuǎn)離輸入、輸出端子，使噪聲源遠(yuǎn)離輸入、 輸出口，有利于提高EMC性能。 不好 O圖4如圖4所示，左圖變壓器離入口太近，電磁的輻射能量直接作用于輸入 輸岀端，因此，EMl測試不通過。改為右邊的方式后，變壓器遠(yuǎn)離入口，電 磁的輻射能量距輸入輸出端距離加大，效果改善明顯，EMl測試通過。7、發(fā)熱元件（如變壓器，開關(guān)管，整流二極管等）的布局要考慮散熱的效 果，使得整個(gè)電源的散熱均勻，對

4、溫度敏感的關(guān)鍵元器件（如IC）應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā) 熱元件，發(fā)熱較大的器件應(yīng)與電解電容等影響整機(jī)壽命的器件有一定的距離。8、布板時(shí)要注意底面元件的高度。例如對于灌封的DC-DC電源模塊來說， 因?yàn)镈C-DC模塊本身體積就比較小，如果底面元件的高度四邊不平衡，灌封 的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)兩邊引腳高度一邊高一邊低的現(xiàn)象。圖59、布局的時(shí)候要注意控制引腳的抗靜電能力，相應(yīng)的電路元件之間的距離 要足夠，例如CtIrI引腳（低電平關(guān)斷）,其電路不像輸入、輸出端那樣具 有電容濾波，所以抗靜電能力是整個(gè)模塊最弱的，一定要確保有足夠的安全 間距。二-走線原則1、小信號(hào)走線要盡量遠(yuǎn)離大電流走線，兩者不要幕近平行走線，如果無法 避免平

5、行的話，也要拉開足夠的距離，避免小信號(hào)走線受到干擾。圖6小信號(hào)走線大電流走線2、關(guān)鍵的小信號(hào)走線，如電流取樣信號(hào)線和光耦反饋的信號(hào)線等，盡量減 小回路包Ii的面積。S環(huán)路面積小小信號(hào)走線圖7環(huán)路面積大3、相鄰之間不應(yīng)有過長的平行線（當(dāng)然同一電流回路平行走線是可以的）， 上下層走線盡量釆用交叉用垂直方式，走線不要突然拐角（即：90o ）, 直角、銳角在高頻電路中會(huì)影響電氣性能。圖84、功率回路和控制回路要注意分開Z采用單點(diǎn)接地 方式，如圖9和圖IO所示。初級(jí)PWM控制IC周圍的元件接地接至IC的地腳, 再從地腳引出至大電容地線,然后與功率地連接。次級(jí) TL431周圍的元件接地至TL431的3腳,

6、再與輸出電 容的地連接。多個(gè)IC的情況,采用并聯(lián)單點(diǎn)接地的方 式。C2LIGM)-INDlR2Rlallrll;YYYprY -nr-圖9VibVrefVCOcVCCICSOUTRt CtGNDUl多點(diǎn)接地不好單 H (E Xl+圖10Z髙頻元件（如變壓器、電感）底下第一層不要走線，高頻元件正對著的 底面也最好不要放置元件，如果無法避免，可以采用屏蔽的方式，例如高頻 元件在ToP層，控制電路正對著在BOttOm層，注意要在高頻元件所在的第 一層敷銅進(jìn)行屏蔽，如圖11所示，這樣可以避免高頻噪聲輻射干擾到底面 的控制電路。高頻變壓器大面積敷銅接地f高頻變壓器屁STr圖11PC6、濾波電容的走線要特

7、別注意，如圖12,左圖有一部分紋波&噪聲會(huì)經(jīng)過走 線出去，右圖濾波效果會(huì)好很多，紋波&噪聲經(jīng)過濾波電容被完全濾掉。圖127、電源線、地線盡量靠近，以減小所包圍的面積，從而減小外界磁場環(huán)路切割產(chǎn)生的電磁干擾,同時(shí)減少環(huán)路對外的電磁輻射。電源線、地線的布線盡量加粗縮短，以減小環(huán)路電阻，轉(zhuǎn)角要圓滑，線寬不要突變，如圖13所示。圖138、發(fā)熱大的元件（如To-252封裝的HoS管）下可以大面積裸銅，用于散熱, 這樣可以提高元件的可靠性。功率走線銅箔較窄處可以裸銅用于加錫以保證 大電流的流通。三、安規(guī)距離與工藝要求匸、電氣間隙：兩相鄰導(dǎo)體或一個(gè)導(dǎo)體與相鄰導(dǎo)電機(jī)殼表面的沿空氣測量的 最短距離。爬電距離：兩

8、相鄰導(dǎo)體或一個(gè)導(dǎo)體與相鄰導(dǎo)電機(jī)殼表面的沿著絕 緣表面測量的最短距離。如果碰到模塊PCB空間有限，爬電距離不夠，可以采 用幵槽的方式，如圖14所示，在光耦處開隔離槽以 滿足初次級(jí)良好隔離。股最小開槽寬度為Imm Z如果要開更小的槽（如0.6mm , 0.8mm ） Z 般需要特殊說明，找加工精 度高的PCB廠家才行，當(dāng)然費(fèi)用也會(huì)增加。圖14一般電源模塊電壓與最小爬電距離的關(guān)系可參照下表:電壓范圍推薦最小爬電距離 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)一復(fù)查-CAM輸岀。2-參數(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

9、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?，對高、低電平懸殊的信?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8訂。焊盤內(nèi)孔邊緣到印制板邊的距離 要大于Im叫 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。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)平行線黑得很近， 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；山于電源、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，

10、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)電源都有四個(gè)電流回路：電源開關(guān)交流回路輸出整流交流回路輸入信號(hào)源電流回路輸出負(fù)載電流回路輸入回路通過一個(gè)近似直流的電流對輸入電容充電，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儲(chǔ)存來自輸出整流器的高頻能量， 同時(shí)消除輸出負(fù)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

11、電流，這些電流中 諧波成分很高，其頻率遠(yuǎn)大于開關(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50nso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)訃相似，最佳設(shè)計(jì)流程如 下：1.放置變壓器設(shè)計(jì)電源開關(guān)電流回路設(shè)計(jì)輸出整流器電流回路連接到交流電源電路的控制電路設(shè)計(jì)輸入電流源回路和輸入濾波器 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，對電路的全部元器件進(jìn)行

12、布局時(shí)，要符合以下原則：首先要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時(shí)，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 板的最佳形狀為矩形，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放置器件時(shí)要考慮以后的焊接，不要太密集以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進(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， 去耦電容盡量鼎近器件的VCC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)按照電路

13、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)系的器件放在一起盡可能地減小環(huán)路面積，以抑制開關(guān)電源的輻射干擾布線開關(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（其 至再次輻射出干擾信號(hào)）o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。印制線的長度與其表現(xiàn)岀的電

14、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。長度反映出印制線響應(yīng)的波長，長度越長，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。檢査布線設(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。設(shè)計(jì)輸出輸出光繪文件的注意事項(xiàng)：需要輸出的層有布線層（底層）