淺談開關電源設計中PCB板的設計注意事項

在開關電源的設計中,其物理設計 PCB板 是最後一個鏈接。 如果設計方法不當,PCB可能會輻射過多的電磁干擾,導致電源工作不穩定。 以下是每一步分析中需要注意的事項:

印刷電路板

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-》手動佈局-》手動接線-》驗證設計-》複審-》CAM輸出。

組件佈局

實踐證明,即使電路原理圖設計正確,印刷電路板設計不當,也會對電子設備的可靠性產生不利影響。 例如,如果印製板的兩條平行細線靠得很近,會造成信號波形的延遲和傳輸線末端的反射噪聲; 電源和地線考慮不當造成的干擾會導致產品損壞。 性能降低,因此在設計印刷電路板時,應注意採用正確的方法。 每個開關電源有四個電流迴路:

(1)電源開關交流電路

(2)輸出整流交流電路

(3) 輸入信號源電流環

(4) 輸出負載電流環輸入環

輸入電容器由近似的直流電流充電。 濾波電容主要作為寬帶儲能; 同樣,輸出濾波電容也用於儲存來自輸出整流器的高頻能量,消除輸出負載迴路的直流能量。 因此,輸入輸出濾波電容的接線端非常重要。 輸入和輸出電流電路只能分別從濾波電容的端子接入電源; 如果輸入/輸出電路與電源開關/整流電路之間的連接不能通過電容端直接連接,交流能量會通過輸入或輸出濾波電容輻射到環境中。

電源開關的交流電路和整流器的交流電路中含有高幅梯形電流。 這些電流的諧波分量非常高。 頻率遠大於開關的基頻。 峰值幅度可高達連續輸入/輸出直流電流幅度的 5 倍。 轉換時間通常約為 50 ns。

這兩個迴路最容易受到電磁干擾,因此這些交流迴路必須佈置在電源中的其他印刷線路之前。 每個迴路的三個主要組件是濾波電容器、電源開關或整流器、電感器或變壓器。 將它們並排放置並調整組件的位置,使它們之間的電流路徑盡可能短。 建立開關電源佈局的最佳方式與其電氣設計類似。 最佳設計流程如下:

放置變壓器

設計電源開關電流迴路

設計輸出整流器電流迴路

控制電路連接到交流電源電路

設計輸入電流源迴路和輸入濾波器。 根據電路的功能單元設計輸出負載迴路和輸出濾波器。 在對電路的所有元件進行佈局時,必須滿足以下原則:

(1)首先考慮PC B的尺寸,PC B尺寸過大,印製線長,阻抗增大,抗噪能力下降,成本增加; PC B尺寸太小,散熱不好,容易乾擾相鄰線路。 電路板的最佳形狀為矩形,長寬比為3:2或4:3,位於電路板邊緣的元件一般距電路板邊緣不小於2mm。

(2) 放置器件時,要考慮後續的焊接,不要太密。

(3)以各功能電路的核心元件為中心,圍繞其佈局。 元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在PC B上,盡量減少和縮短元器件之間的引線和連線,去耦電容應盡量靠近器件的VCC。

(4) 對於高頻工作的電路,必須考慮元件之間的分佈參數。 一般情況下,電路應盡量並聯。 這樣,不僅美觀,而且易於安裝和焊接,易於批量生產。

(5)根據電路流向佈置各功能電路單元的位置,便於信號流通,盡量保持信號方向一致。

(6)佈局的首要原則是保證走線率,移動設備時注意飛線的連接,將連接的設備放在一起。

(7)盡量減小環路面積,抑制開關電源的輻射干擾。

參數設置

相鄰導線之間的距離必須能夠滿足電氣安全要求,並且為了便於操作和生產,距離應盡可能寬。 最小間距必須至少適合可承受的電壓。 當佈線密度較低時,可以適當增加信號線的間距。 對於高低電平間距較大的信號線,間距應盡量短,間距應加大。 將走線間距設置為 8mil。

焊盤內孔邊緣到印製板邊緣的距離應大於1mm,以避免焊盤在加工過程中出現缺陷。 當與焊盤相連的走線較細時,應將焊盤與走線的連接設計成水滴狀。 這樣做的好處是焊盤不易剝落,但走線與焊盤不易斷開。

接線

開關電源包含高頻信號。 PC B 上的任何印刷線都可以用作天線。 印製線的長度和寬度會影響其阻抗和電感,從而影響頻率響應。 即使是通過直流信號的印刷線路也會耦合到來自相鄰印刷線路的射頻信號並導致電路問題(甚至再次輻射干擾信號)。 因此,所有通過交流電流的印刷線路都應設計得盡可能短而寬,這意味著所有連接到印刷線路和其他電源線的元件必須非常靠近。

印製線的長度與其表現出的電感和阻抗成正比,而寬度與印製線的電感和阻抗成反比。 長度反映了印刷線響應的波長。 長度越長,印製線可以發送和接收電磁波的頻率越低,可以輻射更多的射頻能量。 根據印製電路板的電流,盡量增加電源線的寬度,以降低迴路電阻。 同時,使電源線和地線的方向與電流的方向一致,有助於增強抗噪聲能力。 接地是開關電源四個電流迴路的底部支路。 它作為電路的公共參考點起著重要的作用。 是控制干擾的重要方法。

因此,在佈局時應仔細考慮接地線的放置。 各種接地混用會造成供電不穩定。

地線設計應注意以下幾點:

1、正確選擇單點接地。 一般情況下,濾波電容的公共端應該是其他接地點耦合到大電流交流地的唯一連接點。 應該連接到這一層的接地點,主要是考慮到電路各部分流回地的電流是變化的。 實際流線的阻抗會引起電路各部分地電位的變化而引入乾擾。 在這種開關電源中,其佈線和器件之間的電感影響不大,接地電路形成的環流對乾擾的影響較大。 接在地腳上,輸出整流電流迴路的幾個元件的地線也接在相應濾波電容的地腳上,使電源工作更穩定,不易自激。 接兩個二極管或者一個小電阻,其實可以接在一塊比較集中的銅箔上。

2. 盡可能加粗接地線。 如果接地線很細,地電位會隨著電流的變化而變化,導致電子設備的定時信號電平不穩定,抗噪聲性能變差。 因此,必須保證每個大電流接地端子使用盡可能短而寬的印製導線,並儘可能加寬電源線和地線的寬度。 地線最好比電源線寬。 它們的關係是:地線“電源線”信號線。 寬度要大於3mm,大面積的銅層也可以做地線,印刷電路板上不用的地方接大地做地線。 在進行全局佈線時,還必須遵循以下原則:

(1)接線方向:從焊接面來看,元器件的排列應盡量與原理圖一致。 佈線方向最好與電路圖的佈線方向一致,因為在生產過程中,焊接面通常需要各種參數。 檢查,便於生產中的檢查、調試和檢修(注:指滿足電路性能和整機安裝及面板佈局要求的前提)。

(2)在設計接線圖時,接線盡量不要彎曲,印刷圓弧上的線寬不能突然變化。 線材轉角應≥90度,線條簡潔明了。

(3) 印刷電路中不允許有交叉電路。 對於可能交叉的線路,可以使用“鑽孔”和“纏繞”來解決。 即,讓某根引線“鑽”穿其他電阻、電容和三極管引腳下方的間隙,或“纏繞”穿過可能交叉的某根引線的末端。 在特殊情況下,電路有多複雜,也可以簡化設計。 使用導線橋接解決交叉電路問題。 由於是單面板,直插式元件位於 to p 面,而表面貼裝器件位於底面。 因此,在佈局過程中,直插式器件可以與表面貼裝器件重疊,但應避免焊盤重疊。

3、輸入地和輸出地本開關電源為低壓DC-DC。 為了將輸出電壓反饋回變壓器的初級,兩邊的電路應該有一個公共的參考地,所以在兩邊的地線上敷銅後,它們必須連接在一起形成一個公共地。

考試

佈線設計完成後,要仔細檢查佈線設計是否符合設計者制定的規則,同時要確認制定的規則是否符合印製板生產工藝的要求. 一般檢查線與線、線與元件焊盤、線。 通孔、元件焊盤與通孔、通孔與​​通孔的距離是否合理,是否符合生產要求。 電源線和地線的寬度是否合適,PCB中是否有加寬地線的地方。 注意:有些錯誤可以忽略。 例如,當某些連接器的部分輪廓放置在板框外時,檢查間距時會出現錯誤; 此外,每次修改佈線和過孔時,都必須重新塗銅。