开关电源PCB设计技巧和电气安全规范.docx

开关电源PCB设计技巧和电气平安标准在任何开关电源设计中，PCB板的物理设计都是最终一个环节，假如设计方法不当，PCB可能会辐射过多的电磁干扰，造成电源工作不稳定，以下针对各个步骤中所需留意的事项进展分析：一、从原理图到PCB的设计JIt程建立元件参数一>输入原理网表A设计参数设置->手工布局>手工布线->验证设计一>复杳->CAM输出。二、叁数设相邻导线间距必需能满意电气平安要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。最小间距至少要能适合承受的电压，在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距,般状况下将走线间距设为8mi1.焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于Imn1,这样可以防止加工时导致焊盘缺损。当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不简洁起皮,而是走线与焊树:不易断开。如图:三、元器件布局实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的牢靠性产生不利影响.例如，假如印制板两条细平行线靠得很近，那么会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声：由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，因此，在设计印制电路板的时候，应留意采纲正确的方法。好一个开关电源都有四个电流回路：(1) .电源开关沟通回路(2) .输出整流沟通网路(3) .输入信号源电流回路(4) .输出负载电流网路输入网路通过一个近似直流的电流对输入电容充电，滤波电容主要起到一个宽带储能作用：类似地，输出滤波电容也用来储存来自输出整流器的高频能量，同时消退输出负载问路的直流能量.所以，输入和输出泄波电容的接线端特别重要,输入及输出电流回路应分别只从滤波电容的接线端连接到电源：假如在输入/输出回路和电源开关/推流回路之间的连接无怯与电容的接线端干脆相连，沟通能量将由输入或输出滤波电容并辐射到环境中去。电源开关沟通回路和整流器的沟通恒I路包含高幅梯形电流，这些电流中谐波成分很高，其频率远大于开关基频，峰值幅度可高达持续输入/输出直流电流幅度的5倍，过渡时间通常约为50ns这两个回路最简洁产生电磁干扰，因此必需在电源中其它印制线布线之前先布好这些沟通回路，每个回路的三种主要的元件滤波电容、电源开关或整流器、电感或变压器应彼此相邻地进展放置，调整元件位置使它们之间的电流路径尽可能短。建立开关电源布局的最好方法与其电气设计相像，最正碑设计流程如卜;1 .放置变压器2 .设计电源开关电流回路3 .设计辘出整流器电流回路4 .连接到沟通电源电路的限制电路设计输入电流源回路和输入滤波涔设计输出负载回路和输出消波曙依据电路的功能单元，对电路的全部元器件进展布局时，要符合以下原那么：(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，抗噪声实力卜降，本钱也增加：过小那么散热不好，且邻近线条易受干扰。电路板的最正确形态矩形，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2mm“(2)放岂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，围绕它来进展布同。元器件应匀称、整齐、紧凑地排列在PCB上，尽量削减和缩短各元器件之间的引线和连接.去耦电容尽出靠近器件的VCC(4)在高频卜工作的电路，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，而且装焊简洁，易于批贵生产。(5)依据电路的流程支配各个功能电路雎元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一样的方向.(6)布局的首要原那么是保证布线的布通率，移动器件时留意飞线的连接，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四、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。即使是通过直潦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).因此应将全部通过沟通电流的印制线设计得尽可能短而宽，这意味者必需将全部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，而宽度那么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。依据印制线路板电流的大小.尽量加租电源线宽度，削减环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和电流的方向一样，这样有助于增加抗噪声实力。接地是开关电源四个电潦I川路的底必支路，作为电路的公共参考点起着很重要的作用，它是限制干扰的重要方法。因此,在布局中应细致考虑接地线的放理，将各种接地混合会造成电源工作不稔定.在地线设计中应留意以卜.几点：1 .正确选择单点接地通常，滤波电容公共端应是其它的接地点耦合到大电流的沟通地的唯一连接点，同一级电路的接地点应尽所靠近，并且本级电路的电源戏波电容也应接在该级接地点上，主要是考虑电路各局部回流到地的电流是变更的，因实际流过的线路的阻抗会导致电路各局部地电位的变更而引入干扰。在本开关电源中，它的布线和落件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而采纳一点接地，即将电源开关电流回路（中的几个器件的地线都连到接地脚上，输出整流港电流回路的几个器件的地线也同样接到相应的滤波电容的接地脚上，这样电源工作较稳定，不易自激.做不到单点时，在共地处接两二极管或一小电阻，其实接在比拟集中的一块铜箔处就可以。2 .尽量加相接地线假设接地线很细，接地电位那么随电流的变更而变更，致使电子设备的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏，因此要确保每一个大电流的接地端采纳尽量短而宽的印制线，尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地级电源线信号线，如有可能，接地线的宽度应大3mm,也可用大面积铜层作地线用.在印制板上把没被用上的地方都与他相连接作为地线用进展全局布线的时候，还须遵循以下原那么参考图:(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样，布线方向最好与电路图走线方向相一样，因生产过程中通常须要在焊接面进展各种参数的检测，故这样做便于生产中的检查，调试及检修(注：指在满意电路性能及整机安装与面板布同要求的前提下)°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样，布线方向最好与电路图走线方向相一样，因生产过程中通常须要在焊接面进展各种参数的检测，故这样做便于牛产中的检查，调试及检修(注：指在满意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，印刷瓠上的线宽不要突变，导线拐角应290度,力求线条简洁明白。(3) .印刷电路中不允许有穿插电路,对于可能穿插的线条,可以用“钻”、”绕”两种方法解决。即让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去,或从可能穿插的某条引线的端“绕"过去，在特别状况下如何电路很困难，为简化设计也允许用导线跨接，解决穿插电路问题。因采纳单面板，直插元件位于top面，表贴器件位于bottom而，所以在布局的时候直插器件可与表贴器件交费,但要防止焊盘全段。3.输入地与输出地本开关电源中为低压的DC-DC,欲将输出电压反应回变压器的初缎,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，形成共同的地五、检杳布线设计完成后，需细致检查布线设计是否符合设计者所制定的规那么，同时也需确认所制定的规那么是否符合印制板牛.产工艺的需求，一般检查线与线、线与元件炸盘、线与贯穿孔、元件焊盘与贯穿孔、贯穿孔与贯穿孔之间的距离是否合理，是否满意生产要求。电源线和地线的宽度是否相宜，在PCB中是否还有能让地线加宽的地方.留意：有些错误可以忽视，例如有些接插件的OUuine的一局部放在了板框外，检查间距时会出错：另外每次修改正走线和过孔之后，都要重新邀铜一次.发查依据“PCB检查表"，内容包括设计规那么，层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置，还要重点曳查涔件布同的合理性，电源,地线网络的走线，高速时钟网络的走线与屏蔽，去耦电容的摆放和连接等。六、设计输出输出光绘文件的考前须知：a.须要输出的乂有布线必（底层）、丝印瓜（包括顶履丝印、底U丝印）、阻焊层1底层阻焊）、钻孔层f底层），另外还要生成钻孔文件（NCDri1.1.）b.设理丝印层的1.ayer时，不要选择PartType,选择顶乂（底U）和丝印值的Out1.ine%Text,1.ine。c.在设置每U的1.ayer时，将BoardOui1.ine选上，设置丝印U的1.ayer时，不要选择PartType.选择顶层（底层）和丝印层的OUt1.ine、Text、1.inc5d.生成钻孔文件时，运用PowerPCB的被省设置，不要作任何变更.关于接地的探讨接地是电路设计中最根底的内容，但又是几手没人说得清的，几乎每次的培训和沟通都会有人问到“老师，有没有一种通用的接地方法可以参考啊？"假如想知道这个问题的答案，请接着耐着性子读下去。我先给出一个斩钉栽铁的答案：“没有*.那咋办呢，我们总不能像中国的厨师一样，教徒弟炒菜时，用到的配料都是“少许”"颜色微黄”"微焦”等感觉性词语吧，当然不是。为了更好的明白接地的技巧方法，下文中将不再讲究任何的文字技巧，而是一语道破的道出接地问题的本质来。接地方式一接地目的一接地的功能，所以实行哪种接地方式，要看地是哪类地，这类地的作用目的是什么，这两个问题解决r,接地方式那么可水到渠成.接地的目的确定了接地方式。同样的电路，不同的目的，可能都要实行不同的接地方式。这个观点确定记住。比方同样的电路，用在便携设备上，静电累积泄放不掉，接地的目的是地电位均衡：用在不行移动的设备上，一般会有平安接地措施，对静电池放的接地目的是导通阻抗足够低，尤其是对于尖峰脉冲的高频导通阻抗。一下讲解地的考前须知分成几个独立的观点分别介绍，每一条的内容虽然简洁，建议确定反史读上N遍，象面对一杯好茶，让心跳在60bpm以卜.的状态，细细的品，感觉其中的美感和内涵.然后才可能从简洁的词语中悟出深刻的道理来.I、从性能分，接地分成四类：平安接地、工作接地（数字地、模拟地、功率器件地）、防浪涌接地（雷击浪涌、上电浪涌）、防静电接地.前文书中讲过，“接地的目的确定了接地方式"，目的即指其实现的功能。根木上全部的接地都可以归结到这四类里面来。每个接地前都要先明确该接地属于哪一种.2、接地追求的目标是地阻抗低、地稳定、地均衡。地阻抗低很好理斛,用粗的线缆即可，但有一个问题确定不能无视，比方我通过一个大电感接地了，假如地线上跑的地电流的波动频率是，这个大电感的感性效应表现得就很不明显，等同于干脆接地了，但假如波动电流是100ooOOHZ的话，感抗=j1.=j211f1.,就显得很大J",这种状况下，相当于高频接地很差。各位看官可能会说了，你胡来吧你，谁会用个大电感接地呢，第一是在某种状态下会有这种方式的，其次是即使不这样接个电感，般电缆的走线电感在高频下也是不容无视的。总结为一句话，低频接地高频接地。即低阻抗的接地要分析是属于高频还是低频的接地。地稳定是比拟好理解的，一般来说，接地阻抗足够低的话，地电流泻放简洁，且不会在底线上产生啥子压降，就如一个超大的电容，电荷的海洋，具有无限宽广的胸怀，多少进来都波澜不惊。地均衡比拟简洁被无视，时下一个信号来说,有用局部是两条级上的压差，假如地线漂移了，两条线上对地线的压差同等的上升或卜.降，即差模电压值维持不变,共模电压发生变更，其实电路功能是照常实现的。就像水涨船高，您比我高3cm,站在船上，船上浮了，您依旧还是高我