电源PCB设计及EMC分析

说到开关电源的难题, PCB 布板问题不是很难,但是要想布出精制的PCB肯定是开关电源的难点之一(PCB设计不好,可能会造成不管怎么调试参数调试布掉的情况,所以不是危言耸听)当原因是PCB板考虑或很多,例如: 电气性能、工艺路线、安全要求、EMC影响等; 在要考虑的因素中,电气是最基本的,但EMC是最难理解的,很多项目的瓶颈都在于EMC。 下面从22个方向分享PCB板和EMC。

1、成熟的电路可以从容的PCB设计EMI电路

以上电路对EMC的影响可想而知,输入滤波器在这里; 防雷压感; 电阻R102防止冲击电流(带继电器减少损耗); 带电感滤波的关键误差模式 X 电容和 Y 电容; 有保险丝影响安全板; 这些设备中的每一个都至关重要,应仔细了解每个设备的功能和作用。 设计电路时应考虑EMC严重程度,如要设置的滤波器数量、y电容数量和位置等。 压敏尺寸和数量的选择与我们对EMC的要求密切相关。 欢迎大家讨论看似简单的EMI电路,其实每个元件都蕴含深刻道理。

2.电路和EMC:(最熟悉的反激式主拓扑,看电路的哪些关键部分包含EMC机制)

上图电路中圈出的部分对EMC非常重要(注意绿色部分不是),比如辐射。 众所周知,电磁场辐射是空间性的,但其基本原理是磁通量的变化,这涉及到磁场的有效截面积,即电路中相应的回路。 电流能产生稳定的磁场,不能转化为电场。 但是变化的电流会产生变化的磁场,变化的磁场也会产生电场(其实这是著名的麦克斯韦方程,我用的是通俗易懂的语言),变化的电场也会产生磁场场地。 所以一定要注意有开/关状态的地方,这是EMC的来源之一,这是EMC的来源之一。 比如电路中的虚线回路就是开关管的开闭回路。 不仅在电路设计时可以调整开关速度,布局板的布线回路面积对EMC也有重要影响! 另外两个回路是吸收回路和整流回路,先提前了解,再讲!

3、PCB设计与EMC的关联

1.PCB回路对EMC有非常重要的影响,如反激式主电源回路。 如果太大,辐射就会很差。

2. 过滤布线效果,过滤器是用来滤除干扰的,但是如果PCB布线不好,过滤器可能会失去它应有的效果。

3、结构部分,散热器设计接地不好会影响屏蔽版的接地;

4、敏感部分如果离干扰源太近,如EMI电路、开关管等,必然会导致EMC不良,需要有清晰的隔离区。

5、RC吸收回路接线。

6.Y电容的接地和接线,Y电容的位置也很关键!

我将谈论这个,我将更多地谈论它,但我要给你一个线索。

这是一个简单的例子:

如上图中虚线框所示,X电容引脚接线已经缩进。 您可以学习如何在外部进行电容器引脚接线(使用挤压电流接线)。 这样,X电容的滤波效果才能达到最佳状态。

4、PCB设计的准备:(如果你准备充分,设计可以一步步稳健,避免设计翻车重新开始)

大致有以下几个方面,都是自己设计过程考虑的,所有内容与其他教程无关,只是自己的经验总结。

1、外观结构尺寸,包括定位孔、风道流向、输入输出插座,需要与客户系统匹配,还需要与客户沟通装配问题、高度限制等。

2.安全认证,产品做什么样的认证,基本绝缘爬电距离哪里做的留够,加强绝缘哪里做的留够距离或槽。

3、包装设计:没有特殊时期,如准备定制包装。

4、工艺路线选择:单面板双面板选择,或多层板,根据原理图和板子尺寸、成本等综合评估。

5、客户的其他特殊要求。

结构和流程会相对灵活一些,安规还是比较固定的部分,做什么认证,什么安规标准,当然很多标准都有一些安全规矩是通用的,但是也有一些特殊的产品比如医疗治疗会更加严格。

对于新入职工程师的朋友们不要眼花缭乱;

接下来列出一些通用产品的通用性,以下是针对IEC60065具体布料要求的总结,为了安全需要牢记,遇到具体产品会针对性处理:

1、输入保险丝焊盘距离安规要求大于3.0mm,实际板为3.5mm(简单来说保险丝的爬电距离为前3.5mm,后3.0mm)。

2、整流桥前后安规要求2.0MM,板片布置2.5MM。

3、整流后,安规一般不做要求,但高低电压根据实际电压留有距离,400V高压留2.0mm以上。

4、第一级安规要求6.4mm(电气间隙),爬电距离7.6mm。 (注意这与实际输入电压有关,具体计算需参考表格,提供的数据仅供参考,以实际情况为准)

5、第一阶段冷地和热地有明显的标记; L、N标志、INPUT AC INPUT标志、熔断器警告标志等应清晰标明;

再次重申,实际安全距离与实际输入电压和工作环境有关,具体计算需参考表格。 所提供的数据仅供参考,以实际情况为准。

5. 考虑PCB设计安全的其他因素

1. 了解他们的产品做了哪些认证,属于哪些产品类别。 比如医疗、通讯、电力、电视等不同,但也有很多相似之处。

2、在安规中,了解与PCB板靠近的地方的绝缘特性,哪个地方是基本绝缘,哪个地方是加强绝缘,不同的标准绝缘距离是不一样的。 最好检查标准,可以计算电气距离、爬电距离。

3、关注产品的安全装置,如变压器的磁性与原边的关系;

4.暖气片和周围距离问题,暖气片保温不一样,地面不一样,地面冷的,热的保温是一样的布。

5、要特别注意保险的距离,要求最严的地方。 保险丝前后距离一致。

6. Y电容与漏电流和接触电流的关系。

等等,它会详细解释如何保持距离,如何做安全要求。

6、电源布局PCB设计

1.先测量PCB的尺寸和元器件的数量,这样才能达到好的密度,不然密了,疏了就难看了。

2、电路模块化,以核心器件为中心,先放关键器件。

3、装置立式或卧式反定位,一是美观,二是插拔操作方便,特殊情况可考虑倾斜。

4. 考虑布线,将布线布置在最合理的位置,以便后续布线。

5. 布局时尽量减少环路面积。 这四个循环将在后面详细解释。

做到以上几点,当然灵活运用,更合理的布局很快就会诞生。

以下是我画的第一张处女PCB,很多年前,很难完成,中间可能有一个小问题,但总体布局值得学习:

在这个图中,功率密度还是比较高的。 LLC的控制部分、辅助源部分和BUCK电路驱动(大功率多路输出)部分都在小板上,不取出来。 我们来看看主电源的布局特点:

1、输入输出端子固定,不可移动。 板子是长方形的。

这里的布局是从下到上,从左到右,散热依赖于外壳。

2.EMI电路还是要明确流向,这一点很重要,否则不美观,对EMC不利。

3、大电容的位置尽量考虑PFC回路和LLC主电源回路;

4、侧边电流比较大。 为了使整流管运行电流和散热,采用这种布局。 高功率的顶层通常为负,底层为正。

每个板子都有自己的特点,当然也有自己的难点,如何合理解决关键,才能理解布局合理选择的意义呢?

7、PCB实例鉴赏

我认为这是一个很好的地方。 当然,总会有缺陷,也可以指出。 单板这么紧凑,不容易,大家可以用这个板子来学习讨论! 后面也会为这个板子讲解学习,大家先欣赏一下。

8、PCB设计四环的理解:(PCB布局的基本要求是四环面积小)

另外,吸收回路(RCD吸收、MOS管的RC吸收和整流管的RC吸收)也很重要,也是产生高频辐射的回路。 如果您对上图有任何疑问,欢迎讨论。 我们不怕任何问题。

9、PCB设计热点(浮电位点)和地线:

注意事项:

1、特别注意热点(高频开关点),这是高频辐射点。 电缆布局对 EMC 有很大影响。

2、热点形成的回路小,走线短,走线不要越粗越好,但只要电流足够。

3. 地线必须单点接地。 主电源地和信号地分开,采样地分开。

4、散热器的地线需要连接到主电源地。