開關(guān)電源PCB設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

各位電子工程師想必都知道，設(shè)計(jì)時(shí)，PCB設(shè)計(jì)占據(jù)很重要的地位。以電源為例，PCB設(shè)計(jì)會(huì)直接影響電源的EMC性能、輸出噪聲、抗干擾能力，甚至是基本功能。電源部分的PCB布線與其他硬件稍有不同，該如何設(shè)計(jì)?本文為你揭秘。

1.間距

對(duì)于高電壓產(chǎn)品必須要考慮到線間距。能滿足相應(yīng)安規(guī)要求的間距當(dāng)然最好，但很多時(shí)候?qū)τ诓恍枰J(rèn)證，或沒法滿足認(rèn)證的產(chǎn)品，間距就由經(jīng)驗(yàn)決定了。多寬的間距合適?必須考慮生產(chǎn)能否保證板面清潔、環(huán)境濕度、其他污染等情況如何。

對(duì)于市電輸入，即使能保證板面清潔、密封，MOS管漏源極間接近600V，小于1mm事實(shí)上也比較危險(xiǎn)了!

2.板邊緣的元器件

在PCB邊沿的貼片電容或其他易損壞的器件，在放置時(shí)必須考慮PCB分板方向，如圖是各種放置方法時(shí)，器件受到的應(yīng)力大小對(duì)比。

圖1 分板時(shí)器件受到的應(yīng)力對(duì)比

由此可以看出，器件應(yīng)遠(yuǎn)離并平行于分板邊緣，否則可能因?yàn)镻CB分板導(dǎo)致元器件受損。

3.環(huán)路面積

無論是輸入或是輸出、功率環(huán)路或信號(hào)環(huán)路，應(yīng)盡可能的小。功率環(huán)路發(fā)射電磁場(chǎng)，將導(dǎo)致較差的EMI特性或較大的輸出噪聲;同時(shí)，若被控制環(huán)接收，很可能引起異常。

另一方面，若功率環(huán)路面積較大，其等效寄生電感也會(huì)增大，可能增加漏極噪聲尖峰。

4.關(guān)鍵走線

因di/dt 作用，必須減小動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)處電感，否則會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁場(chǎng)。若要減小電感，主要是要減少布線的長(zhǎng)度，增加寬度作用較小。

5.信號(hào)線

對(duì)于整個(gè)控制部分，布線時(shí)應(yīng)考慮將其遠(yuǎn)離功率部分。若因其他限制兩者靠得較近，不應(yīng)將控制線與功率線并行，否則可能導(dǎo)致電源工作異常、震蕩。

另外若控制線很長(zhǎng)，應(yīng)該將來回的一對(duì)線的靠近，或?qū)⒍咧糜赑CB的兩個(gè)面上并正對(duì)著，從而減小其環(huán)路面積，避免被功率部分的電磁場(chǎng)干擾。如圖2說明了A、B兩點(diǎn)間，正確與錯(cuò)誤的信號(hào)線布線方法。

圖2正確與錯(cuò)誤的信號(hào)線布線方法。

當(dāng)然，信號(hào)線上應(yīng)盡量減少用于連接的過孔!

6.鋪銅

有的時(shí)候鋪銅是完全沒有必要的，甚至應(yīng)該避免。若銅面積足夠大且其電壓不斷變化，一方面它可能作為天線,向周圍輻射電磁波;另一方面它又很容易拾起噪聲。

通常只允許在靜態(tài)節(jié)點(diǎn)鋪銅，例如對(duì)輸出端“地”節(jié)點(diǎn)鋪銅，可以等效增加輸出電容，濾除一些噪聲信號(hào)。

7.映射

對(duì)于一個(gè)回路，可以在PCB的一面進(jìn)行鋪銅，它會(huì)根據(jù)PCB另一面的布線自動(dòng)映射，使這個(gè)回路的阻抗最小。這就好像一組不同阻抗值的阻抗并聯(lián)，電流會(huì)自動(dòng)選擇阻抗最小的路徑流過一樣。

事實(shí)上可以在控制部分電路的一面進(jìn)行連線，而在另一面對(duì)“地”節(jié)點(diǎn)鋪銅，兩個(gè)面間通過過孔連接。

8.輸出整流二極管

輸出整流二極管若離輸出端比較近，不應(yīng)將其與輸出平行放置。否則二極管處產(chǎn)生的電磁場(chǎng)將穿入電源輸出與外接負(fù)載形成的環(huán)路，使測(cè)得的輸出噪聲增大。

圖3 正確與錯(cuò)誤的二極管放置方向

9.地線

地線的布線必須非常小心，否則可能引起EMS、EMI性能和其他性能變差。對(duì)于開關(guān)電源PCB的“地”，至少做到以下兩點(diǎn)：(1)功率地和信號(hào)地，應(yīng)單點(diǎn)連接;(2)不應(yīng)有存在地環(huán)路。

10.Y電容

輸入輸出經(jīng)常會(huì)接入Y電容，有時(shí)因某些原因，可能無法將其掛在輸入電容地上，此時(shí)切記，一定要接在靜態(tài)節(jié)點(diǎn)，如高壓端。

11.其他

實(shí)際電源PCB設(shè)計(jì)時(shí)，可能還要考慮其他一些問題，例如“壓敏電阻應(yīng)緊靠被保護(hù)電路”、“共模電感應(yīng)增加放電齒”、“芯片VCC供電處應(yīng)增加瓷片電容”等等。另外，是否需特殊處理，如銅箔、屏蔽等，在PCB設(shè)計(jì)階段也是需要考慮的。

有時(shí)往往會(huì)遇到多個(gè)原則相互沖突的情況，滿足其中一個(gè)就滿足不了其他的，這是需要工程師應(yīng)用已有的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需求，確定最合適的布線了!

12.總結(jié)

為打造高穩(wěn)定的產(chǎn)品，在硬件設(shè)計(jì)中需要的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)是很多的，本文僅是介紹硬件中的最為常見的電源設(shè)計(jì)。為使整體產(chǎn)品或系統(tǒng)擁有穩(wěn)定、可靠的供電，大部分工程師會(huì)選擇電源模塊作為系統(tǒng)供電的基礎(chǔ)。

致遠(yuǎn)電子自主研發(fā)、生產(chǎn)的隔離電源模塊已有近20年的行業(yè)積累，目前產(chǎn)品具有寬輸入電壓范圍，隔離1000VDC、1500VDC、3000VDC及6000VDC等多個(gè)系列，封裝形式多樣，兼容國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的SIP、DIP等封裝。同時(shí)致遠(yuǎn)電子為保證電源產(chǎn)品性能建設(shè)了行業(yè)內(nèi)一流的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，配備最先進(jìn)、齊全的測(cè)試設(shè)備，全系列隔離DC-DC電源通過完整的EMC測(cè)試，靜電抗擾度高達(dá)4KV、浪涌抗擾度高達(dá)2KV，可應(yīng)用于絕大部分復(fù)雜惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，為用戶提供穩(wěn)定、可靠的電源隔離解決方案。