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【技术干货】电源PCB设计技巧及案例分析
作者: 来源: 浏览次数: 日期:2019-8-12 9:01:20

如今开关电源的体积越来越小,其工作频率和内部器件密集度则越来越高,这对电源PCB布局布线的抗干扰要求无疑是越来越严格。接下来,板儿妹和大家分享电源PCB设计在布局布线上的一些技巧和案例以便大家学习和参考。

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电源PCB设计技巧

一、元器件布局

建立开关电源布局的最好方法与其电气设计相似,最佳设计流程如下:

1、放置变压器

2、设计电源开关电流回路

3、设计输出整流器电流回路

4、连接到交流电源电路的控制电路

5、设计输入电流源回路和输入滤波器

6、设计输出负载回路和输出滤波器

根据电路的功能单元,对电路的全部元器件进行布局时,要符合以下原则:

(1) 首先要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时,印制线条长,阻抗增加,抗噪声能力下降,成本也增加;过小则散热不好,且邻近线条易受干扰。电路板的最佳形状矩形,长宽比为3:2或4:3,位于电路板边缘的元器件,离电路板边缘一般不小于2mm。

(2) 放置器件时要考虑以后的焊接,不要太密集。

(3) 以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上,尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接,去耦电容尽量靠近器件的VCC。

(4) 在高频下工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样,不但美观,而且装焊容易,易于批量生产。

(5) 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽可能保持一致的方向。

(6) 布局的首要原则是保证布线的布通率,移动器件时注意飞线的连接,把有连线关系的器件放在一起。

(7) 尽可能地减小环路面积,以抑制开关电源的辐射干扰。

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二、布线

开关电源中包含有高频信号,PCB上任何印制线都可以起到天线的作用,印制线的长度和宽度会影响其阻抗和感抗,从而影响频率响应。即使是通过直流信号的印制线也会从邻近的印制线耦合到射频信号并造成电路问题(甚至再次辐射出干扰信号)。因此应将所有通过交流电流的印制线设计得尽可能短而宽,这意味着必须将所有连接到印制线和连接到其他电源线的元器件放置得很近。

印制线的长度与其表现出的电感量和阻抗成正比,而宽度则与印制线的电感量和阻抗成反比。长度反映出印制线响应的波长,长度越长,印制线能发送和接收电磁波的频率越低,它就能辐射出更多的射频能量。根据印制线路板电流的大小,尽量加租电源线宽度,减少环路电阻。同时,使电源线、地线的走向和电流的方向一致,这样有助于增强抗噪声能力。

(1)布线方向:从焊接面看,元件的排列方位尽可能保持与原理图相一致,布线方向最好与电路图走线方向相一致,因生产过程中通常需要在焊接面进行各种参数的检测,故这样做便于生产中的检查,调试及检修(注:指在满足电路性能及整机安装与面板布局要求的前提下)。

(2)设计布线图时走线尽量少拐弯,印刷弧上的线宽不要突变,导线拐角应≥90度,力求线条简单明了。

(3)印刷电路中不允许有交叉电路,对于可能交叉的线条,可以用“钻”、“绕”两种办法解决。即让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去,或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去。在特殊情况下如果电路很复杂,为简化设计也允许用导线跨接,解决交叉电路问题。

(4)输入地与输出地本开关电源中为低压的DC-DC,欲将输出电压反馈回变压器的初级,两边的电路应有共同的参考地,所以在对两边的地线分别铺铜之后,还要连接在一起,形成共同的地。

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案例分析

案例1:整体布局

案例1是一款六层板,最先布局是,元件面放控制部份,焊锡面放功率部份,在调试时发现干扰很大,原因是PWM IC 与光耦位置摆放不合理。

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如上图,PWM IC与光耦放在MOS管底下,它们之间只有一层2.0mm的PCB隔开,MOS管直接干扰PWM IC,后改进为:

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将PWM IC与光耦移开,且其上方无流过脉动成份的器件。

案例2:走线问题

功率走线尽量实现最短化,以减少环路所包围的面积,避免干扰。小信号线包围面积小,如电流环:

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A线与B线所包面积越大,它所接收的干扰越多。因为它是反馈电A线与B线所包面积越大,它所接收的干扰越多。因为它是反馈电耦反馈线要短,且不能有脉动信号与其交叉或平行。

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PWM IC芯片电流采样线与驱动线,以及同步信号线,走线时应尽量远离,不能平行走线,否则相互干扰。因:电流波形为:

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PWM IC驱动波形及同步信号电压波形是:

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(图文整理自网络)

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