【技術干貨】電源PCB設計技巧及案例分析
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如今開關電源的體積越來越小，其工作頻率和內部器件密集度則越來越高，這對電源PCB布局布線的抗干擾要求無疑是越來越嚴格。接下來，板兒妹和大家分享電源PCB設計在布局布線上的一些技巧和案例以便大家學習和參考。 電源PCB設計技巧 一、元器件布局 建立開關電源布局的最好方法與其電氣設計相似，最佳設計流程如下： 1、放置變壓器 2、設計電源開關電流回路 3、設計輸出整流器電流回路 4、連接到交流電源電路的控制電路 5、設計輸入電流源回路和輸入濾波器 6、設計輸出負載回路和輸出濾波器 根據電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局時，要符合以下原則： （1） 首先要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；過小則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。電路板的最佳形狀矩形，長寬比為3：2或4：3，位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm。 （2） 放置器件時要考慮以后的焊接，不要太密集。 （3） 以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接，去耦電容盡量靠近器件的VCC。 （4） 在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數。一般電路應盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀，而且裝焊容易，易于批量生產。 （5） 按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致的方向。 （6） 布局的首要原則是保證布線的布通率，移動器件時注意飛線的連接，把有連線關系的器件放在一起。 （7） 盡可能地減小環路面積，以抑制開關電源的輻射干擾。 二、布線 開關電源中包含有高頻信號，PCB上任何印制線都可以起到天線的作用，印制線的長度和寬度會影響其阻抗和感抗，從而影響頻率響應。即使是通過直流信號的印制線也會從鄰近的印制線耦合到射頻信號并造成電路問題（甚至再次輻射出干擾信號）。因此應將所有通過交流電流的印制線設計得盡可能短而寬，這意味著必須將所有連接到印制線和連接到其他電源線的元器件放置得很近。 印制線的長度與其表現出的電感量和阻抗成正比，而寬度則與印制線的電感量和阻抗成反比。長度反映出印制線響應的波長，長度越長，印制線能發送和接收電磁波的頻率越低，它就能輻射出更多的射頻能量。根據印制線路板電流的大小，盡量加租電源線寬度，減少環路電阻。同時，使電源線、地線的走向和電流的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。 （1）布線方向：從焊接面看，元件的排列方位盡可能保持與原理圖相一致，布線方向最好與電路圖走線方向相一致，因生產過程中通常需要在焊接面進行各種參數的檢測，故這樣做便于生產中的檢查，調試及檢修（注：指在滿足電路性能及整機安裝與面板布局要求的前提下）。 （2）設計布線圖時走線盡量少拐彎，印刷弧上的線寬不要突變，導線拐角應≥90度，力求線條簡單明了。 （3）印刷電路中不允許有交叉電路，對于可能交叉的線條，可以用“鉆”、“繞”兩種辦法解決。即讓某引線從別的電阻、電容、三極管腳下的空隙處“鉆”過去，或從可能交叉的某條引線的一端“繞”過去。在特殊情況下如果電路很復雜，為簡化設計也允許用導線跨接，解決交叉電路問題。 （4）輸入地與輸出地本開關電源中為低壓的DC－DC，欲將輸出電壓反饋回變壓器的初級，兩邊的電路應有共同的參考地，所以在對兩邊的地線分別鋪銅之后，還要連接在一起，形成共同的地。 案例分析 案例1：整體布局 案例1是一款六層板，最先布局是，元件面放控制部份，焊錫面放功率部份，在調試時發現干擾很大，原因是PWM IC 與光耦位置擺放不合理。  如上圖，PWM IC與光耦放在MOS管底下，它們之間只有一層2.0mm的PCB隔開，MOS管直接干擾PWM IC，后改進為：  將PWM IC與光耦移開，且其上方無流過脈動成份的器件。 案例2：走線問題 功率走線盡量實現最短化，以減少環路所包圍的面積，避免干擾。小信號線包圍面積小，如電流環：  A線與B線所包面積越大，它所接收的干擾越多。因為它是反饋電A線與B線所包面積越大，它所接收的干擾越多。因為它是反饋電耦反饋線要短，且不能有脈動信號與其交叉或平行。  PWM IC芯片電流采樣線與驅動線，以及同步信號線，走線時應盡量遠離，不能平行走線，否則相互干擾。因：電流波形為：  PWM IC驅動波形及同步信號電壓波形是：  一個產品從構思到實現，硬件上主要是原理圖設計和PCB設計以及PCBA。想擴充和提升自己的硬件技能，學習原理圖設計的同學。 審核編輯：劉清 |
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