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开关电源的PCB设计规范

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电源

开关电源的PCB设计规范开关电源的PCB设计规范开关电源的PCB设计规范

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开关电源的
PCB
设计规范
在任½开关电源设计中,PCB 板的物理设计½是最后一个环节,如果设计方法不½,PCB
可½会辐射过多的电磁干扰,
造成电源工½不稳定,
以下针对各个步骤中所需注意的事项进
行分析:
一、 从原理图到
PCB
的设计流程 建立元件参数->输入原理½表->设计参数设½->手工布
局->手工布线->验证设计->复查->CAM 输出。
二、 参数设½相邻导线间距必须½满足电气安全要求,而且为了便于操½和生产,间距也
应½量½些。最小间距至少要½适合承受的电压,在布线密度较½时,信号线的间距可适½
地加大,对高、½电平悬殊的信号线应½可½地短且加大间距,一般情况下将走线间距设为
8mil。焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于 1mm,这样可以避免加工时导致焊盘缺损。
½与焊盘连接的走线较细时,
要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状,
这样的½处是焊盘
不容易起皮,而是走线与焊盘不易断开。
三、 元器件布局实践证明,即½电路原理图设计正确,印制电路板设计不½,也会对电子
设备的可靠性产生不利½响。例如,如果印制板两条细平行线靠得很近,则会½成信号波½
的延迟,在传输线的终端½成反射噪声;由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰,会½
产品的性½下降,因此,在设计印制电路板的时候,应注意采用正确的方法。每一个开关电
源½有四个电流回路:
(1).
电源开关交流回路
(2).
输出整流交流回路
(3).
输入信号源电流回路
(4).
输出负½½电流回路
输入回路通过一个近似直流的电流对输入电容充电,滤波电容主要起到一个½带储½½用;
类似地,
输出滤波电容也用来储存来自输出整流器的高频½量,
同时消除输出负½½回路的直
流½量。所以,输入和输出滤波电容的接线端十分重要,输入及输出电流回路应分别只从滤
波电容的接线端连接到电源;如果在输入/输出回路和电源开关/整流回路之间的连接无法与
电容的接线端直接相连,
交流½量将由输入或输出滤波电容并辐射到环境中去。
电源开关交
流回路和整流器的交流回路包含高幅梯½电流,
这些电流中谐波成分很高,
其频率远大于开
关基频,峰值幅度可高达持续输入/输出直流电流幅度的
5
倍,过渡时间通常约为
50ns。这
两个回路最容易产生电磁干扰,因此必须在电源中其它印制线布线之前先布½这些交流回
路,每个回路的三种主要的元件滤波电容、电源开关或整流器、电感或变压器应½此相邻地
进行放½,
调整元件½½½它们之间的电流路径½可½短。
建立开关电源布局的最½方法与
其电气设计相似,最½设计流程如下:
?
放½变压器
?
设计电源开关电流回路
?
设计输出整流器电流回路
?
连接到交流电源电路的控制电路
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?
设计输入电流源回路和输入滤波器 设计输出负½½回路和输出滤波器根据电路的功½单
元,对电路的全部元器件进行布局时,要符合以下原则:
(1)
首先要考虑
PCB
尺寸大小。PCB 尺寸过大时,印制线条长,阻抗增加,抗噪声½力下
降,成本也增加;过小则散热不½,且邻近线条易受干扰。电路板的最½½状矩½,长½比
3:2
4:3,½于电路板边缘的元器件,离电路板边缘一般不小于 2mm。
(2)
放½器件时要考虑以后的焊接,不要太密集.
(3)
以每个功½电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局。元器件应均匀、 整½、紧凑
地排列在
PCB
上,½量减少和缩短各元器件之间的引线和连接, 去耦电容½量靠近器件的
VCC
(4)
在高频下工½的电路,要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应½可½½元器件平行
排列。这样,不½美观,而且装焊容易,易于批量生产。
(5) (5)
按照电路的流程安排各个功½电路单元的½½,½布局便于信号流通,并½信号½
可½保持一致的方向。
(6) (6)
布局的首要原则是保证布线的布通率,移动器件时注意飞线的连接,把有连线关系
的器件放在一起。
(7)
½可½地减小环路面积,以抑制开关电源的辐射干扰
四、 布线开关电源中包含有高频信号,PCB 上任½印制线½可以起到天线的½用,印制线
的长度和½度会½响其阻抗和感抗,
从而½响频率响应。
即½是通过直流信号的印制线也会
从邻近的印制线耦合到射频信号并造成电路问题(甚至再次辐射出干扰信号)。因此应将所有
通过交流电流的印制线设计得½可½短而½,
这意味着必须将所有连接到印制线和连接到其
他电源线的元器件放½得很近。
印制线的长度与其表现出的电感量和阻抗成正比,
而½度则
与印制线的电感量和阻抗成反比。长度反映出印制线响应的波长,长度越长,印制线½发送
和接收电磁波的频率越½,它就½辐射出更多的射频½量。根据印制线路板电流的大小,½
量加租电源线½度,减少环路电阻。 同时、½电源线、地线的走向和电流的方向一致,这
样有助于增强抗噪声½力。
接地是开关电源四个电流回路的底层支路,
½为电路的公共参考
点起着很重要的½用,
它是控制干扰的重要方法。
因此,
在布局中应仔细考虑接地线的放½,
将各种接地混合会造成电源工½不稳定。在地线设计中应注意以下几点
1.
正确选择单点接地通常,滤波电容公共端应是其它的接地点耦合到大电流的交流地的唯
一连接点,
同一级电路的接地点应½量靠近,
并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接
地点上,
主要是考虑电路各部分回流到地的电流是变化的,
因实际流过的线路的阻抗会导致
电路各部分地电½的变化而引入干扰。
在本开关电源中,
它的布线和器件间的电感½响较小,
而接地电路½成的环流对干扰½响较大,因而采用一点接地,即将电源开关电流回路 (中
的几个器件的地线½连到接地脚上,
输出整流器电流回路的几个器件的地线也同样接到相应
的滤波电容的接地脚上,这样电源工½较稳定,不易自激。做不到单点时,在共地处接两二
极管或一小电阻,其实接在比较集中的一块铜箔处就可以。
2.
½量加粗接地线 若接地线很细,接地电½则随电流的变化而变化,致½电子设备的定时
信号电平不稳,
抗噪声性½变坏,
因此要确保每一个大电流的接地端采用½量短而½的印制
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线,½量加½电源、地线½度,最½是地线比电源线½,它们的关系是:地线>电源线>信
号线,如有可½,接地线的½度应大于
3mm,也可用大面积铜层½地线用,在印制板上把没
被用上的地方½与地相连接½为地线用。进行全局布线的时候,还须遵循以下原则
1).布线方向:从焊接面看,元件的排列方½½可½保持与原理图相一致,布线方向最½与
电路图走线方向相一致,
因生产过程中通常需要在焊接面进行各种参数的检测,
故这样做便
于生产中的检查,
调试及检修
(注:
指在满足电路性½及整机安装与面板布局要求的前提下)
(2).设计布线图时走线½量少拐弯,印刷弧上的线½不要突变,导线拐角应≥90
度,力求线条
简单明了。
(3).印刷电路中不允许有交叉电路,对于可½交叉的线条,可以用“钻”
“绕”两种办法解
决。即让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去,或从可½交叉的某条
引线的一端“绕”过去,在特殊情况下如½电路很复杂,为简化设计也允许用导线跨接,解
决交叉电路问题。因采用单面板,直插元件½于
top
面,表贴器件½于
bottom
面,所以在
布局的时候直插器件可与表贴器件交叠,½要避免焊盘重叠。
3.输入地与输出地本开关电源中为½压的 DC-DC,欲将输出电压反馈回变压器的初级,
两边的电路应有共同的参考地,所以在对两边的地线分别铺铜之后,还要连接在一起,½成
共同的地
五、检查 布线设计完成后,需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则,同时也需
确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求,一般检查线与线、线与元件焊盘、线与
贯通孔、
元件焊盘与贯通孔、
贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理,
是否满足生产要求。 电
源线和地线的½度是否合适,在
PCB
中是否还有½让地线加½的地方。注意: 有些错误可
以½略,例如有些接插件的
Outline
的一部分放在了板框外,检查间距时会出错;另外每次
修改过走线和过孔之后,½要重新覆铜一次。
五、 复查根据“PCB 检查表”
,内容包括设计规则,层定义、线½、间距、焊盘、过孔设
½,
还要重点复查器件布局的合理性,
电源、
地线½络的走线,
高速时钟½络的走线与屏½,
去耦电容的摆放和连接等。
六、 设计输出 输出光绘文件的注意事项:
a.
需要输出的层有布线层(底层) 、丝印层(包括顶层丝印、底层丝印)
、阻焊层(底层
阻焊)
、钻孔层(底层)
,另外还要生成钻孔文件(NC
Drill)
b.
设½丝印层的
Layer
时,
不要选择
Part Type,
选择顶层
(底层)
和丝印层的
Outline、
Text、
Linec.
在设½每层的
Layer
时,将
Board Outline
选上,设½丝印层的
Layer
时,不要选择
Part Type,选择顶层(底层)和丝印层的 Outline、Text、Line。d.
生成钻孔文件时,½用
PowerPCB
的缺省设½,不要½任½改
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