大牛獨創:LED開關電源PCB板設計七步絕招
發布時間:2013-08-26 來源:電子元件技術網論壇 責任編輯:Cynthiali
【導讀】在開關電源設計中,如果PCB板設計不當會輻射過多電磁幹擾。《電子元件技術網》分享一工程師大牛總結出使電源工作穩定的PCB板設計七步絕招:通過對各個步驟中所需注意的事項進行分析,按步就章輕鬆做好PCB板設計!
一、從原理圖到PCB的設計流程建立元件參數->輸入原理網表->設計參數設置->手工布局->手工布線->驗證設計->複查->CAM輸出。
二、參can數shu設she置zhi相xiang鄰lin導dao線xian間jian距ju必bi須xu能neng滿man足zu電dian氣qi安an全quan要yao求qiu,而er且qie為wei了le便bian於yu操cao作zuo和he生sheng產chan,間jian距ju也ye應ying盡jin量liang寬kuan些xie。最zui小xiao間jian距ju至zhi少shao要yao能neng適shi合he承cheng受shou的de電dian壓ya,在zai布bu線xian密mi度du較jiao低di時shi,信xin號hao線xian的de間jian距ju可ke適shi當dang地di加jia大da,對dui高gao、低電平懸殊的信號線應盡可能地短且加大間距,一般情況下將走線間距設為8mil。
焊盤內孔邊緣到印製板邊的距離要大於1mm,zheyangkeyibimianjiagongshidaozhihanpanquesun。dangyuhanpanlianjiedezouxianjiaoxishi,yaojianghanpanyuzouxianzhijiandelianjieshejichengshuidizhuang,zheyangdehaochushihanpanburongyiqipi,ershizouxianyuhanpanbuyiduankai。
三、元(yuan)器(qi)件(jian)布(bu)局(ju)實(shi)踐(jian)證(zheng)明(ming),即(ji)使(shi)電(dian)路(lu)原(yuan)理(li)圖(tu)設(she)計(ji)正(zheng)確(que),印(yin)製(zhi)電(dian)路(lu)板(ban)設(she)計(ji)不(bu)當(dang),也(ye)會(hui)對(dui)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)產(chan)生(sheng)不(bu)利(li)影(ying)響(xiang)。例(li)如(ru),如(ru)果(guo)印(yin)製(zhi)板(ban)兩(liang)條(tiao)細(xi)平(ping)行(xing)線(xian)靠(kao)得(de)很(hen)近(jin),則(ze)會(hui)形(xing)成(cheng)信(xin)號(hao)波(bo)形(xing)的(de)延(yan)遲(chi),在(zai)傳(chuan)輸(shu)線(xian)的(de)終(zhong)端(duan)形(xing)成(cheng)反(fan)射(she)噪(zao)聲(sheng);由於電源、dixiandekaolvbuzhoudaoeryinqideganrao,huishichanpindexingnengxiajiang,yinci,zaishejiyinzhidianlubandeshihou,yingzhuyicaiyongzhengquedefangfa。meiyigekaiguandianyuandouyousigedianliuhuilu:
(1)、電源開關交流回路
(2)、輸出整流交流回路
(3)、輸入信號源電流回路
(4)、輸出負載電流回路 輸入回路通過一個近似直流的電流對輸入電容充電,濾波電容主要起到一個寬帶儲能作用;類(lei)似(si)地(di),輸(shu)出(chu)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)也(ye)用(yong)來(lai)儲(chu)存(cun)來(lai)自(zi)輸(shu)出(chu)整(zheng)流(liu)器(qi)的(de)高(gao)頻(pin)能(neng)量(liang),同(tong)時(shi)消(xiao)除(chu)輸(shu)出(chu)負(fu)載(zai)回(hui)路(lu)的(de)直(zhi)流(liu)能(neng)量(liang)。所(suo)以(yi),輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)的(de)接(jie)線(xian)端(duan)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao),輸(shu)入(ru)及(ji)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)回(hui)路(lu)應(ying)分(fen)別(bie)隻(zhi)從(cong)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)的(de)接(jie)線(xian)端(duan)連(lian)接(jie)到(dao)電(dian)源(yuan);如果在輸入/輸出回路和電源開關/整zheng流liu回hui路lu之zhi間jian的de連lian接jie無wu法fa與yu電dian容rong的de接jie線xian端duan直zhi接jie相xiang連lian,交jiao流liu能neng量liang將jiang由you輸shu入ru或huo輸shu出chu濾lv波bo電dian容rong並bing輻fu射she到dao環huan境jing中zhong去qu。電dian源yuan開kai關guan交jiao流liu回hui路lu和he整zheng流liu器qi的de交jiao流liu回hui路lu包bao含han高gao幅fu梯ti形xing電dian流liu,這zhe些xie電dian流liu中zhong諧xie波bo成cheng分fen很hen高gao,其qi頻pin率lv遠yuan大da於yu開kai關guan基ji頻pin,峰feng值zhi幅fu度du可ke高gao達da持chi續xu輸shu入ru/輸出直流電流幅度的5倍,過渡時間通常約為50ns。這兩個回路最容易產生電磁幹擾,因此必須在電源中其它印製線布線之前先布好這些交流回路,每個回路的三種主要的元件濾波電容、電源開關或整流器、電感或變壓器應彼此相鄰地進行放置,調整元件位置使它們之間的電流路徑盡可短。
建立開關電源布局的最好方法與其電氣設計相似,最佳設計流程如下:
- 放置變壓器
- 設計電源開關電流回路
- 設計輸出整流器電流回路
- 連接到交流電源電路的控製電路
- shejishurudianliuyuanhuiluheshurulvboqishejishuchufuzaihuiluheshuchulvboqigenjudianludegongnengdanyuan,duidianludequanbuyuanqijianjinxingbujushi,yaofuheyixiayuanze:
(1)首先要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時,印製線條長,阻抗增加,抗噪聲能力下降,成本也增加;過小則散熱不好,且鄰近線條易受幹擾。電路板的最佳形狀矩形,長寬比為3:2或4:3,位於電路板邊緣的元器件,離電路板邊緣一般不小於2mm。
(2)放置器件時要考慮以後的焊接,不要太密集;
(3)以每個功能電路的核心元件為中心,圍繞它來進行布局。元器件應均勻、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zai高gao頻pin下xia工gong作zuo的de電dian路lu,要yao考kao慮lv元yuan器qi件jian之zhi間jian的de分fen布bu參can數shu。一yi般ban電dian路lu應ying盡jin可ke能neng使shi元yuan器qi件jian平ping行xing排pai列lie。這zhe樣yang,不bu但dan美mei觀guan,而er且qie裝zhuang焊han容rong易yi,易yi於yu批pi量liang生sheng產chan。
(5)按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置,使布局便於信號流通,並使信號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,移動器件時注意飛線的連接,把有連線關係的器件放在一起。
(7)盡可能地減小環路麵積,以抑製開關電源的輻射幹擾。
下頁內容:PCB地線設計注意點及檢查等事項
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四、布線開關電源中包含有高頻信號,PCBshangrenheyinzhixiandoukeyiqidaotianxiandezuoyong,yinzhixiandechangduhekuanduhuiyingxiangqizukanghegankang,congeryingxiangpinlvxiangying。jishishitongguozhiliuxinhaodeyinzhixianyehuiconglinjindeyinzhixianouhedaoshepinxinhaobingzaochengdianluwenti(甚至再次輻射出幹擾信號)。因yin此ci應ying將jiang所suo有you通tong過guo交jiao流liu電dian流liu的de印yin製zhi線xian設she計ji得de盡jin可ke能neng短duan而er寬kuan,這zhe意yi味wei著zhe必bi須xu將jiang所suo有you連lian接jie到dao印yin製zhi線xian和he連lian接jie到dao其qi他ta電dian源yuan線xian的de元yuan器qi件jian放fang置zhi得de很hen近jin。印yin製zhi線xian的de長chang度du與yu其qi表biao現xian出chu的de電dian感gan量liang和he阻zu抗kang成cheng正zheng比bi,而er寬kuan度du則ze與yu印yin製zhi線xian的de電dian感gan量liang和he阻zu抗kang成cheng反fan比bi。長chang度du反fan映ying出chu印yin製zhi線xian響xiang應ying的de波bo長chang,長chang度du越yue長chang,印yin製zhi線xian能neng發fa送song和he接jie收shou電dian磁ci波bo的de頻pin率lv越yue低di,它ta就jiu能neng輻fu射she出chu更geng多duo的de射she頻pin能neng量liang。根gen據ju印yin製zhi線xian路lu板ban電dian流liu的de大da小xiao,盡jin量liang加jia租zu電dian源yuan線xian寬kuan度du,減jian少shao環huan路lu電dian阻zu。同tong時shi、使電源線、dixiandezouxianghedianliudefangxiangyizhi,zheyangyouzhuyuzengqiangkangzaoshengnengli。jiedishikaiguandianyuansigedianliuhuiludedicengzhilu,zuoweidianludegonggongcankaodianqizhehenzhongyaodezuoyong,tashikongzhiganraodezhongyaofangfa。yinci,zaibujuzhongyingzaixikaolvjiedixiandefangzhi,jianggezhongjiedihunhehuizaochengdianyuangongzuobuwending。
在地線設計中應注意以下幾點:
1、zhengquexuanzedandianjieditongchang,lvbodianronggonggongduanyingshiqitadejiedidianouhedaodadianliudejiaoliudideweiyilianjiedian,tongyijidianludejiedidianyingjinliangkaojin,bingqiebenjidianludedianyuanlvbodianrongyeyingjiezaigaijijiedidianshang,zhuyaoshikaolvdianlugebufenhuiliudaodidedianliushibianhuade,yinshijiliuguodexianludezukanghuidaozhidianlugebufendidianweidebianhuaeryinruganrao。zaibenkaiguandianyuanzhong,tadebuxianheqijianjiandedianganyingxiangjiaoxiao,erjiedidianluxingchengdehuanliuduiganraoyingxiangjiaoda,yinercaiyongyidianjiedi,jijiangdianyuankaiguandianliuhuilu(中(zhong)的(de)幾(ji)個(ge)器(qi)件(jian)的(de)地(di)線(xian)都(dou)連(lian)到(dao)接(jie)地(di)腳(jiao)上(shang),輸(shu)出(chu)整(zheng)流(liu)器(qi)電(dian)流(liu)回(hui)路(lu)的(de)幾(ji)個(ge)器(qi)件(jian)的(de)地(di)線(xian)也(ye)同(tong)樣(yang)接(jie)到(dao)相(xiang)應(ying)的(de)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)的(de)接(jie)地(di)腳(jiao)上(shang),這(zhe)樣(yang)電(dian)源(yuan)工(gong)作(zuo)較(jiao)穩(wen)定(ding),不(bu)易(yi)自(zi)激(ji)。做(zuo)不(bu)到(dao)單(dan)點(dian)時(shi),在(zai)共(gong)地(di)處(chu)接(jie)兩(liang)二(er)極(ji)管(guan)或(huo)一(yi)小(xiao)電(dian)阻(zu),其(qi)實(shi)接(jie)在(zai)比(bi)較(jiao)集(ji)中(zhong)的(de)一(yi)塊(kuai)銅(tong)箔(bo)處(chu)就(jiu)可(ke)以(yi)。
2、盡(jin)量(liang)加(jia)粗(cu)接(jie)地(di)線(xian)若(ruo)接(jie)地(di)線(xian)很(hen)細(xi),接(jie)地(di)電(dian)位(wei)則(ze)隨(sui)電(dian)流(liu)的(de)變(bian)化(hua)而(er)變(bian)化(hua),致(zhi)使(shi)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)的(de)定(ding)時(shi)信(xin)號(hao)電(dian)平(ping)不(bu)穩(wen),抗(kang)噪(zao)聲(sheng)性(xing)能(neng)變(bian)壞(huai),因(yin)此(ci)要(yao)確(que)保(bao)每(mei)一(yi)個(ge)大(da)電(dian)流(liu)的(de)接(jie)地(di)端(duan)采(cai)用(yong)盡(jin)量(liang)短(duan)而(er)寬(kuan)的(de)印(yin)製(zhi)線(xian),盡(jin)量(liang)加(jia)寬(kuan)電(dian)源(yuan)、地線寬度,最好是地線比電源線寬,它們的關係是:地線>電源線>信號線,如有可能,接地線的寬度應大於3mm,也可用大麵積銅層作地線用,在印製板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。進行全局布線的時候,還須遵循以下原則:
(1)、布線方向:從(cong)焊(han)接(jie)麵(mian)看(kan),元(yuan)件(jian)的(de)排(pai)列(lie)方(fang)位(wei)盡(jin)可(ke)能(neng)保(bao)持(chi)與(yu)原(yuan)理(li)圖(tu)相(xiang)一(yi)致(zhi),布(bu)線(xian)方(fang)向(xiang)最(zui)好(hao)與(yu)電(dian)路(lu)圖(tu)走(zou)線(xian)方(fang)向(xiang)相(xiang)一(yi)致(zhi),因(yin)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)中(zhong)通(tong)常(chang)需(xu)要(yao)在(zai)焊(han)接(jie)麵(mian)進(jin)行(xing)各(ge)種(zhong)參(can)數(shu)的(de)檢(jian)測(ce),故(gu)這(zhe)樣(yang)做(zuo)便(bian)於(yu)生(sheng)產(chan)中(zhong)的(de)檢(jian)查(zha),調(tiao)試(shi)及(ji)檢(jian)修(xiu)(注:指在滿足電路性能及整機安裝與麵板布局要求的前提下)。
(2)、設計布線圖時走線盡量少拐彎,印刷弧上的線寬不要突變,導線拐角應≥90度,力求線條簡單明了。
(3)、印刷電路中不允許有交叉電路,對於可能交叉的線條,可以用“鑽”、“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“鑽” 過去,或從可能交叉的某條引線的一端“繞”過去,在特殊情況下如何電路很複雜,為簡化設計也允許用導線跨接,解決交叉電路問題。因采用單麵板,直插元件位於top麵,表貼器件位於bottom麵,所以在布局的時候直插器件可與表貼器件交疊,但要避免焊盤重疊。
3.輸入地與輸出地本開關電源中為低壓的DC-DC,yujiangshuchudianyafankuihuibianyaqidechuji,liangbiandedianluyingyougongtongdecankaodi,suoyizaiduiliangbiandedixianfenbieputongzhihou,haiyaolianjiezaiyiqi,xingchenggongtongdedi。
五、檢查
buxianshejiwanchenghou,xurenzhenjianzhabuxianshejishifoufuheshejizhesuozhidingdeguize,tongshiyexuquerensuozhidingdeguizeshifoufuheyinzhibanshengchangongyidexuqiu,yibanjianzhaxianyuxian、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,檢查間距時會出錯;另外每次修改過走線和過孔之後,都要重新覆銅一次。
六、複查根據“PCB檢查表”,內容包括設計規則,層定義、線寬、間距、焊盤、過孔設置,還要重點複查器件布局的合理性,電源、地線網絡的走線,高速時鍾網絡的走線與屏蔽,去耦電容的擺放和連接等。
七、設計輸出輸出光繪文件的注意事項:
a。需要輸出的層有布線層(底層)、絲印層(包括頂層絲印、底層絲印)、阻焊層(底層阻焊)、鑽孔層(底層),另外還要生成鑽孔文件(NCDrill)
b。設置絲印層的Layer時,不要選擇PartType,選擇頂層(底層)和絲印層的Outline、Text、Linec.在設置每層的Layer 時,將Board Outline選上,設置絲印層的Layer時,不要選擇PartType,選擇頂層(底層)和絲印層的Outline、Text、Line。d.生成鑽孔文件時,使用PowerPCB的缺省設置,不要作任何改。
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