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开关电源PCB设计经验

时间:2019-01-28 来源:ZLG致远电子 关键字:开关电源   PCB设计   PCB布线   元器件   

各位电子工程师想必都知道,设计时,PCB设计占据很重要的地位。以电源为例,PCB设计会直接影响电源的EMC性能、输出噪声、抗干扰能力,甚至是基本功能。电源部分的PCB布线与其他硬件稍有不同,该如何设计?本文为你揭秘。

1.间距

对于高电压产品必须要考虑到线间距。能满足相应安规要求的间距当然最好,但很多时候对于不需要认证,或没法满足认证的产品,间距就由经验决定了。多宽的间距合适?必须考虑生产能否保证板面清洁、环境湿度、其他污染等情况如何。

对于市电输入,即使能保证板面清洁、密封,MOS管漏源极间接近600V,小于1mm事实上也比较危险了!

2.板边缘的元器件

在PCB边沿的贴片电容或其他易损坏的器件,在放置时必须考虑PCB分板方向,如图是各种放置方法时,器件受到的应力大小对比。

 

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图1 分板时器件受到的应力对比

由此可以看出,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。

3.环路面积

无论是输入或是输出、功率环路或信号环路,应尽可能的小。功率环路发射电磁场,将导致较差的EMI特性或较大的输出噪声;同时,若被控制环接收,很可能引起异常。

另一方面,若功率环路面积较大,其等效寄生电感也会增大,可能增加漏极噪声尖峰。

4.关键走线

因di/dt 作用,必须减小动态节点处电感,否则会产生较强的电磁场。若要减小电感,主要是要减少布线的长度,增加宽度作用较小。

5.信号线

对于整个控制部分,布线时应考虑将其远离功率部分。若因其他限制两者靠得较近,不应将控制线与功率线并行,否则可能导致电源工作异常、震荡。

另外若控制线很长,应该将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,避免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方法。

 

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图2正确与错误的信号线布线方法。

当然,信号线上应尽量减少用于连接的过孔!

6.铺铜

有的时候铺铜是完全没有必要的,甚至应该避免。若铜面积足够大且其电压不断变化,一方面它可能作为天线,向周围辐射电磁波;另一方面它又很容易拾起噪声。

通常只允许在静态节点铺铜,例如对输出端“地”节点铺铜,可以等效增加输出电容,滤除一些噪声信号。

7.映射

对于一个回路,可以在PCB的一面进行铺铜,它会根据PCB另一面的布线自动映射,使这个回路的阻抗最小。这就好像一组不同阻抗值的阻抗并联,电流会自动选择阻抗最小的路径流过一样。

事实上可以在控制部分电路的一面进行连线,而在另一面对“地”节点铺铜,两个面间通过过孔连接。

8.输出整流二极管

输出整流二极管若离输出端比较近,不应将其与输出平行放置。否则二极管处产生的电磁场将穿入电源输出与外接负载形成的环路,使测得的输出噪声增大。

 

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图3 正确与错误的二极管放置方向

9.地线

地线的布线必须非常小心,否则可能引起EMS、EMI性能和其他性能变差。对于开关电源PCB的“地”,至少做到以下两点:(1)功率地和信号地,应单点连接;(2)不应有存在地环路。

10.Y电容

输入输出经常会接入Y电容,有时因某些原因,可能无法将其挂在输入电容地上,此时切记,一定要接在静态节点,如高压端。

11.其他

实际电源PCB设计时,可能还要考虑其他一些问题,例如“压敏电阻应紧靠被保护电路”、“共模电感应增加放电齿”、“芯片VCC供电处应增加瓷片电容”等等。另外,是否需特殊处理,如铜箔、屏蔽等,在PCB设计阶段也是需要考虑的。

有时往往会遇到多个原则相互冲突的情况,满足其中一个就满足不了其他的,这是需要工程师应用已有的经验,根据实际项目需求,确定最合适的布线了!

12.总结

为打造高稳定的产品,在硬件设计中需要的设计细节是很多的,本文仅是介绍硬件中的最为常见的电源设计。为使整体产品或系统拥有稳定、可靠的供电,大部分工程师会选择电源模块作为系统供电的基础。

致远电子自主研发、生产的隔离电源模块已有近20年的行业积累,目前产品具有宽输入电压范围,隔离1000VDC、1500VDC、3000VDC及6000VDC等多个系列,封装形式多样,兼容国际标准的SIP、DIP等封装。同时致远电子为保证电源产品性能建设了行业内一流的测试实验室,配备最先进、齐全的测试设备,全系列隔离DC-DC电源通过完整的EMC测试,静电抗扰度高达4KV、浪涌抗扰度高达2KV,可应用于绝大部分复杂恶劣的工业现场,为用户提供稳定、可靠的电源隔离解决方案。

 

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