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                    開關電源PCB設計注意事項

                    發布時間 :2022-09-28 16:45 閱讀 : 來源 :技術文章責任編輯 :深圳宏力捷PCB設計部
                    在任何開關電源設計中,PCB板的物理設計是最后一個環節。如果設計方法不當,PCB可能會輻射出過多的電磁干擾,導致電源工作不穩定。
                    開關電源PCB設計注意事項

                    下面對PCB設計各個步驟的注意事項進行分析:
                    一、 從原理圖創建元件參數到PCB設計流程->輸入原理圖網表->設計參數設置->手動布局->手動布線->驗證設計->審核->CAM輸出。
                     
                    二、 參數設置中相鄰導體的間距必須滿足電氣安全要求,間距盡量寬,以利于操作和生產。最小間距應至少適合電壓。當布線密度較低時,可以適當增加信號線的間距。高低電平差的信號線盡量短,間距要加大。一般布線間距設置為8mil。焊盤內孔邊緣到印制板邊緣的距離應大于1mm,以免在加工過程中出現焊盤缺陷。當與焊盤連接的布線較細時,焊盤與布線之間的連接應設計成水滴狀。這樣做的好處是焊盤不易剝落,但布線和焊盤不易斷開。
                     
                    三、元件布局實踐證明,即使電路原理圖設計正確,印刷設計不當,也會對電子設備的可靠性產生不利影響。例如,如果印制板的兩條細平行線靠得很近,就會形成信號波形的延遲,在傳輸線的末端會形成反射噪聲;電源和地線考慮不當造成的干擾會降低產品的性能。因此,在設計印刷電路板時應采用正確的方法。每個開關電源都有四個電流電路:
                    (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) 輸出負載電流回路和輸入回路通過直流電流給輸入電容充電,濾波電容主要起到寬帶儲能的作用;同樣,輸出濾波電容也用于存儲輸出整流器的高頻能量,消除輸出負載電路的直流能量。因此,輸入和輸出濾波電容的端子非常重要。輸入和輸出電流電路只能從濾波電容器的端子連接到電源;如果輸入/輸出電路與電源開關/整流電路之間的連接不能直接連接到電容器的端子上,則交流能量會通過輸入或輸出濾波電容器輻射到環境中。電源開關的交流電路和整流器的交流電路都含有高幅度梯形電流。這些電流的諧波成分非常高,其頻率遠大于開關的基本頻率。峰值幅度最高可達連續輸入/輸出直流電流幅度的 5 倍。轉換時間通常約為 50ns。這兩個電路最容易產生電磁干擾,因此必須在布線電源中的其他印刷線路之前鋪設這些交流電路。每個電路的三個主要元件,濾波電容、電源開關或整流器、電感器或變壓器,應彼此相鄰放置。調整組件位置,使它們之間的當前路徑盡可能短。建立開關電源布局的最佳方法類似于其電氣設計。
                    最佳設計流程如下:
                    - 放置變壓器
                    - 設計電源開關電流電路
                    - 輸出整流器設計電流電路
                    - 控制電路連接交流電源電路
                    - 設計輸入電流源電路和輸入濾波器 
                    設計輸出負載電路和輸出濾波器,根據電路的功能單元,電路各元件的布局應遵循以下原則:
                    (1) 首先,考慮PCB尺寸。 PCB尺寸過大時,印制線長,阻抗增加,抗噪能力降低,成本增加;如果太小,散熱差,相鄰線路容易受到干擾。電路板的最佳形狀是長方形,長寬比為3:2或4:3。位于電路板邊緣的元件與電路板邊緣的距離一般不小于2mm。
                    (2) 放置設備時,要考慮以后的焊接,不要太密集
                    (3) 以各功能電路的核心元件為居中,并圍繞它排列。元器件在PCB上應排列均勻、有序、緊湊,盡量減少和縮短元器件之間的引線和連接。去耦電容盡量靠近元器件的VCC
                    (4) 對于高頻工作的電路,應考慮元件之間的分布參數。對于一般電路,元件應盡量并聯布置。這樣不僅美觀,而且易于組裝和焊接,易于批量生產。
                    (5) 根據電路流向布置各功能電路單元的位置,使布局便于信號流向,盡量保持信號方向一致。
                    (6) 布局的首要原則是保證布線的分布率。移動元件時注意飛線的連接,將有接線關系的元件放在一起。
                    (7)盡可能減小環路面積,抑制開關電源的輻射干擾
                     
                    四、接線開關電源含有高頻信號。 PCB 上的任何印刷線都可以充當天線。印制線的長度和寬度會影響其阻抗和電感,從而影響頻率響應。甚至通過直流信號的印制線也會耦合到來自相鄰印制線的射頻信號,導致電路出現問題(甚至再次輻射干擾信號)。因此,所有通過交流電流的印制線都應設計得盡可能短和寬,這意味著與印制線和其他電源線相連的所有元件都必須靠近放置。印制線的長度與其電感和阻抗成正比,而寬度與其電感和阻抗成反比。長度反映了印刷線路響應的波長。長度越長,印制線可以發送和接收電磁波的頻率越低,可以輻射出更多的射頻能量。根據印制電路板的電流,盡量租用電源線的寬度,以降低回路電阻。同時,使電源線和地線的方向與電流的方向一致,有助于增強抗噪聲能力。接地是開關電源四個電流回路的底部支路,起著電路公共參考點的重要作用,是控制干擾的重要方法。因此,在布局時應仔細考慮接地線的放置。各種接地線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與大電流交流地耦合的唯一連接點。同級電路的接地點應盡量靠近,本級電路的電源濾波電容也應接在本級的接地點上,主要考慮電路各部分返回的電流地是可變的,實際流過的線路的阻抗會導致電路各部分地電位的變化,引入干擾。在這種開關電源中,其布線和元件之間的電感影響較小,而接地電路形成的環流對干擾的影響較大,所以采用了一點接地,即電源開關電流電路(地電路中的幾個元件的地線接在接地腳上,輸出整流器的電流電路中的幾個元件的地線也接在相應濾波電容的接地腳上,使電源工作更穩定并且不易自激,如果不能做到單點,在公共地線接兩個二極管或一個小電阻,可以接一個比較集中的銅箔。
                    2. 盡量加粗接地線。如果接地線很細,接地電位會隨著電流的變化而變化,導致電子設備的時序信號電平不穩定,抗噪性能變差。因此,確保每個大電流接地端子使用盡可能短和寬的印刷線,并盡可能加寬電源和地線的寬度。地線最好比電源線寬。它們的關系是:地線>電源線>信號線。如有可能,接地線的寬度應大于3mm,大面積覆蓋每層也可用作接地線。印制板上未使用的部分作為接地線連接到大地。全局布線時還必須遵循以下原則
                    (1) 布線方向:從焊接面看,元器件的排列方向盡量與原理圖一致,布線方向與電路圖的布線方向一致。由于在生產過程中通常需要對焊接面的各種參數進行檢測,這樣便于生產中的檢查、調試和維護(注:是指在滿足電路性能、整機安裝和面板等要求的前提下)布局)。
                    (2) 設計接線圖時,走線盡量少轉,印刷弧線上線寬不突變,線角≥90度,線路盡量簡潔明了.
                    (3) 印刷電路中不允許有交叉電路??赡芙徊娴木€可以通過“鉆孔”或“纏繞”來解決。也就是說,讓一根引線“鉆”過其他電阻、電容和三極管腳下的縫隙,或者“繞”過可能交叉的引線的一端。特殊情況下,如何讓電路變得非常復雜?為了簡化設計,也允許使用跳線來解決交叉電路問題。由于采用單面板,直插式元件位于頂面,表面貼裝元件位于底側,因此直插式元件可以在布局中與表面貼裝元件重疊,但焊盤應避免重疊。
                    3. 本開關電源的輸入地和輸出地為低壓DC-DC。為了將輸出電壓反饋回變壓器的初級,兩側的電路應該有一個共同的參考地。因此,兩側的地線鋪銅后,應連接在一起形成公共地線
                     
                    五、檢查布線設計后,要仔細檢查布線設計是否符合設計者制定的規則,還要確認制定的規則是否符合印制板生產工藝的要求。一般要檢查線、線與元件焊盤、線與通孔、元件焊盤與通孔、通孔與通孔的距離是否合理,符合生產要求。電源線和地線的寬度是否合適,PCB中是否有可以加寬地線的地方。注意:有些錯誤可以忽略。例如,一些連接器的Outline部分部分放在板框外,檢查間距時會出現錯誤;此外,每次修改布線和過孔時,都應重新覆銅。
                     
                    六、 根據《PCB checklist》復核,包括設計規則、層定義、線寬、間距、焊盤和過孔設置,重點關注器件布局的合理性、電源和地線網絡的走線、布線和屏蔽高速時鐘網絡,以及去耦電容的放置和連接。
                     
                    七、設計輸出照片文件的注意事項:
                    a. 輸出層包括布線層(底層)、絲印層(包括頂層絲印和底層絲?。?、阻焊層(底層阻焊)、鉆孔層(底層)、NC鉆孔文件
                    灣。
                    b. 設置絲印層的層數時,不要選擇Part Type,而是選擇頂層(底層)和絲印層的Outline、Text和Linec 設置每一層的層數時,選擇Board Outline。在設置絲印層的圖層時,不要選擇Part Type,而是選擇頂(底)層和絲印層的輪廓、文字和線條。 d。生成鉆孔文件時,使用 PowerPCB 的默認設置,不要做任何更改。


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