關於開關電源設計中PCB板的物理設計
發布時間:2012-10-29 責任編輯:Lynnjiao
【導讀】在開關電源設計中PCB板的物理設計都是最後一個環節,如果設計方法不當,PCB可能會輻射過多的電磁幹擾,造成電源工作不穩定。
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、元器件布局
shijianzhengming,jishidianluyuanlitushejizhengque,yinzhidianlubanshejibudang,yehuiduidianzishebeidekekaoxingchanshengbuliyingxiang。liru,ruguoyinzhibanliangtiaoxipingxingxiankaodehenjin,zehuixingchengxinhaoboxingdeyanchi,zaichuanshuxiandezhongduanxingchengfanshezaosheng;由於電源、地di線xian的de考kao慮lv不bu周zhou到dao而er引yin起qi的de幹gan擾rao,會hui使shi產chan品pin的de性xing能neng下xia降jiang,因yin此ci,在zai設she計ji印yin製zhi電dian路lu板ban的de時shi候hou,應ying注zhu意yi采cai用yong正zheng確que的de方fang法fa。每mei一yi個ge開kai關guan電dian源yuan都dou有you四si個ge電dian流liu回hui路lu:
(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並輻射到環境中去。
dianyuankaiguanjiaoliuhuiluhezhengliuqidejiaoliuhuilubaohangaofutixingdianliu,zhexiedianliuzhongxiebochengfenhengao,qipinlvyuandayukaiguanjipin,fengzhifudukegaodachixushuru/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(dian)感(gan)或(huo)變(bian)壓(ya)器(qi)應(ying)彼(bi)此(ci)相(xiang)鄰(lin)地(di)進(jin)行(xing)放(fang)置(zhi),調(tiao)整(zheng)元(yuan)件(jian)位(wei)置(zhi)使(shi)它(ta)們(men)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)流(liu)路(lu)徑(jing)盡(jin)可(ke)能(neng)短(duan)。建(jian)立(li)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)布(bu)局(ju)的(de)最(zui)好(hao)方(fang)法(fa)與(yu)其(qi)電(dian)氣(qi)設(she)計(ji)相(xiang)似(si),最(zui)佳(jia)設(she)計(ji)流(liu)程(cheng)如(ru)下(xia):
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
設計輸入電流源回路和輸入濾波器 設計輸出負載回路和輸出濾波器根據電路的功能單元,對電路的全部元器件進行布局時,要符合以下原則:
(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。
三、參數設置
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,這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)避(bi)免(mian)加(jia)工(gong)時(shi)導(dao)致(zhi)焊(han)盤(pan)缺(que)損(sun)。當(dang)與(yu)焊(han)盤(pan)連(lian)接(jie)的(de)走(zou)線(xian)較(jiao)細(xi)時(shi),要(yao)將(jiang)焊(han)盤(pan)與(yu)走(zou)線(xian)之(zhi)間(jian)的(de)連(lian)接(jie)設(she)計(ji)成(cheng)水(shui)滴(di)狀(zhuang),這(zhe)樣(yang)的(de)好(hao)處(chu)是(shi)焊(han)盤(pan)不(bu)容(rong)易(yi)起(qi)皮(pi),而(er)是(shi)走(zou)線(xian)與(yu)焊(han)盤(pan)不(bu)易(yi)斷(duan)開(kai)。
[member]
[page]
四、布線
開關電源中包含有高頻信號,PCB上shang任ren何he印yin製zhi線xian都dou可ke以yi起qi到dao天tian線xian的de作zuo用yong,印yin製zhi線xian的de長chang度du和he寬kuan度du會hui影ying響xiang其qi阻zu抗kang和he感gan抗kang,從cong而er影ying響xiang頻pin率lv響xiang應ying。即ji使shi是shi通tong過guo直zhi流liu信xin號hao的de印yin製zhi線xian也ye會hui從cong鄰lin近jin的de印yin製zhi線xian耦ou合he到dao射she頻pin信xin號hao並bing造zao成cheng電dian路lu問wen題ti(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)。 同時、使電源線、地(di)線(xian)的(de)走(zou)向(xiang)和(he)電(dian)流(liu)的(de)方(fang)向(xiang)一(yi)致(zhi),這(zhe)樣(yang)有(you)助(zhu)於(yu)增(zeng)強(qiang)抗(kang)噪(zao)聲(sheng)能(neng)力(li)。接(jie)地(di)是(shi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)四(si)個(ge)電(dian)流(liu)回(hui)路(lu)的(de)底(di)層(ceng)支(zhi)路(lu),作(zuo)為(wei)電(dian)路(lu)的(de)公(gong)共(gong)參(can)考(kao)點(dian)起(qi)著(zhe)很(hen)重(zhong)要(yao)的(de)作(zuo)用(yong),它(ta)是(shi)控(kong)製(zhi)幹(gan)擾(rao)的(de)重(zhong)要(yao)方(fang)法(fa)。
因此,在布局中應仔細考慮接地線的放置,將各種接地混合會造成電源工作不穩定。
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 (zhongdejigeqijiandedixiandouliandaojiedijiaoshang,shuchuzhengliuqidianliuhuiludejigeqijiandedixianyetongyangjiedaoxiangyingdelvbodianrongdejiedijiaoshang,zheyangdianyuangongzuojiaowending,buyiziji。zuobudaodandianshi,zaigongdichujieliangerjiguanhuoyixiaodianzu,qishijiezaibijiaojizhongdeyikuaitongbochujiukeyi。
2. 盡量加粗接地線 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,欲(yu)將(jiang)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)反(fan)饋(kui)回(hui)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)初(chu)級(ji),兩(liang)邊(bian)的(de)電(dian)路(lu)應(ying)有(you)共(gong)同(tong)的(de)參(can)考(kao)地(di),所(suo)以(yi)在(zai)對(dui)兩(liang)邊(bian)的(de)地(di)線(xian)分(fen)別(bie)鋪(pu)銅(tong)之(zhi)後(hou),還(hai)要(yao)連(lian)接(jie)在(zai)一(yi)起(qi),形(xing)成(cheng)共(gong)同(tong)的(de)地(di)。
五、檢查
布bu線xian設she計ji完wan成cheng後hou,需xu認ren真zhen檢jian查zha布bu線xian設she計ji是shi否fou符fu合he設she計ji者zhe所suo製zhi定ding的de規gui則ze,同tong時shi也ye需xu確que認ren所suo製zhi定ding的de規gui則ze是shi否fou符fu合he印yin製zhi板ban生sheng產chan工gong藝yi的de需xu求qiu,一yi般ban檢jian查zha線xian與yu線xian、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(NC Drill)
b. 設置絲印層的Layer時,不要選擇Part Type,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Part Type,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。
- 噪聲中提取真值!瑞盟科技推出MSA2240電流檢測芯片賦能多元高端測量場景
- 10MHz高頻運行!氮矽科技發布集成驅動GaN芯片,助力電源能效再攀新高
- 失真度僅0.002%!力芯微推出超低內阻、超低失真4PST模擬開關
- 一“芯”雙電!聖邦微電子發布雙輸出電源芯片,簡化AFE與音頻設計
- 一機適配萬端:金升陽推出1200W可編程電源,賦能高端裝備製造
- 2026藍牙亞洲大會暨展覽在深啟幕
- 維智捷發布中國願景
- 2秒啟動係統 • 資源受限下HMI最優解,米爾RK3506開發板× LVGL Demo演示
- H橋降壓-升壓電路中的交替控製與帶寬優化
- Tektronix 助力二維材料器件與芯片研究與創新
- 車規與基於V2X的車輛協同主動避撞技術展望
- 數字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創新應用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall



