淺談開(kāi)關(guān)電源PCB設(shè)計(jì)

2017-06-19 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

對(duì)于開(kāi)關(guān)電源的研發(fā),PCB設(shè)計(jì)占據(jù)很重要的地位。一個(gè)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。

與其他硬件電路PCB稍有不同,開(kāi)關(guān)電源PCB有一些自身的特點(diǎn)。本文將結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn),簡(jiǎn)單談一談開(kāi)關(guān)電源PCB布線的一些最基本的原則。

1、間距

對(duì)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(dāng)然最好,但很多時(shí)候?qū)τ诓恍枰J(rèn)證,或沒(méi)法滿足認(rèn)證的產(chǎn)品,間距就由經(jīng)驗(yàn)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(duì)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(shí)上也比較危險(xiǎn)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(shí)必須考慮PCB分板方向,如圖是各種放置方法時(shí),器件受到的應(yīng)力大小對(duì)比。

圖1 分板時(shí)器件受到的應(yīng)力對(duì)比

由此可以看出,器件應(yīng)遠(yuǎn)離并平行于分板邊緣,否則可能因?yàn)镻CB分板導(dǎo)致元器件受損。

3、環(huán)路面積

無(wú)論是輸入或是輸出、功率環(huán)路或信號(hào)環(huán)路,應(yīng)盡可能的小。功率環(huán)路發(fā)射電磁場(chǎng),將導(dǎo)致較差的EMI特性或較大的輸出噪聲;同時(shí),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(huì)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(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)處電感,否則會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁場(chǎng)。若要減小電感,主要是要減少布線的長(zhǎng)度,增加寬度作用較小。

5、信號(hào)線

對(duì)于整個(gè)控制部分,布線時(shí)應(yīng)考慮將其遠(yuǎn)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(zhǎng),應(yīng)該將來(lái)回的一對(duì)線的靠近,或?qū)⒍咧糜赑CB的兩個(gè)面上并正對(duì)著,從而減小其環(huán)路面積,避免被功率部分的電磁場(chǎng)干擾。如圖2說(shuō)明了A、B兩點(diǎn)間,正確與錯(cuò)誤的信號(hào)線布線方法。

圖2 正確與錯(cuò)誤的信號(hào)線布線方法

當(dāng)然,信號(hào)線上應(yīng)盡量減少用于連接的過(guò)孔!

6、鋪銅

有的時(shí)候鋪銅是完全沒(méi)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(diǎn)鋪銅,例如對(duì)輸出端“地”節(jié)點(diǎn)鋪銅,可以等效增加輸出電容,濾除一些噪聲信號(hào)。

7、映射

對(duì)于一個(gè)回路,可以在PCB的一面進(jìn)行鋪銅,它會(huì)根據(jù)PCB另一面的布線自動(dòng)映射,使這個(gè)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(huì)自動(dòng)選擇阻抗最小的路徑流過(guò)一樣。

事實(shí)上可以在控制部分電路的一面進(jìn)行連線,而在另一面對(duì)“地”節(jié)點(diǎn)鋪銅,兩個(gè)面間通過(guò)過(guò)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(chǎng)將穿入電源輸出與外接負(fù)載形成的環(huán)路,使測(cè)得的輸出噪聲增大。

圖3 正確與錯(cuò)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(duì)于開(kāi)關(guān)電源PCB的“地”,至少做到以下兩點(diǎn):(1)功率地和信號(hào)地,應(yīng)單點(diǎn)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(huì)接入Y電容,有時(shí)因某些原因,可能無(wú)法將其掛在輸入電容地上,此時(shí)切記,一定要接在靜態(tài)節(jié)點(diǎn),如高壓端。

11、其他

實(shí)際電源PCB設(shè)計(jì)時(shí),可能還要考慮其他一些問(wèn)題,例如“壓敏電阻應(yīng)緊靠被保護(hù)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(jì)階段也是需要考慮的。

有時(shí)往往會(huì)遇到多個(gè)原則相互沖突的情況,滿足其中一個(gè)就滿足不了其他的,這是需要工程師應(yīng)用已有的經(jīng)驗(yàn),根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需求,確定最合適的布線了!

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