浅谈开关电源PCB设计

2020-05-20      879 次浏览

关于开关电源的研发,pCB设计占据很重要的地位。一个差的pCB,EMC性能差、输出噪声大、抗干扰能力弱,甚至连基本功能都有缺陷。


与其他硬件电路pCB稍有不同,开关电源pCB有一些自身的特点。本文将结合工程相关经验,简单谈一谈开关电源pCB布线的一些最基本的原则。


1、间距


关于高电压产品必须要考虑到线间距。能满足相应安规要求的间距当然最好,但很多时候关于不要认证,或没法满足认证的产品,间距就由相关经验决定了。多宽的间距合适?必须考虑生产量否保证板面清洁、环境湿度、其他污染等情况如何。


关于市电输入,即使能保证板面清洁、密封,MOS管漏源极间接近600V,小于1mm事实上也比较危险了!


2、板边缘的元器件


在pCB边沿的贴片电容或其他易损坏的器件,在放置时必须考虑pCB分板方向,如图是各种放置方法时,器件受到的应力大小比较。


图1分板时器件受到的应力比较


由此可以看出,器件应远离并平行于分板边缘,否则可能因为pCB分板导致元器件受损。


3、环路面积


无论是输入或是输出、功率环路或信号环路,应尽可能的小。功率环路发射电磁场,将导致较差的EMI特性或较大的输出噪声;同时,若被控制环接收,很可能引起异常。


另一方面,若功率环路面积较大,其等效寄生电感也会增大,可能新增漏极噪声尖峰。


4、关键走线


因di/dt用途,必须减小动态节点处电感,否则会出现较强的电磁场。若要减小电感,重要是要减少布线的长度,新增宽度用途较小。


5、信号线


关于整个控制部分,布线时应考虑将其远离功率部分。若因其他限制两者靠得较近,不应将控制线与功率线并行,否则可能导致电源工作异常、震荡。


另外若控制线很长,应该将来回的一对线的靠近,或将二者置于pCB的两个面上并正对着,从而减小其环路面积,防止被功率部分的电磁场干扰。如图2说明了A、B两点间,正确与错误的信号线布线方法。


图2正确与错误的信号线布线方法。


当然,信号线上应尽量减少用于连接的过孔!


6、铺铜


有的时候铺铜是完全没有必要的,甚至应该防止。若铜面积足够大且其电压不断变化,一方面它可能作为天线,向周围辐射电磁波;另一方面它又很容易拾起噪声。


通常只允许在静态节点铺铜,例如对输出端“地”节点铺铜,可以等效新增输出电容,滤除一些噪声信号。


7、映射


关于一个回路,可以在pCB的一面进行铺铜,它会根据pCB另一面的布线自动映射,使这个回路的阻抗最小。这就好像一组不同阻抗值的阻抗并联,电流会自动选择阻抗最小的路径流过相同。


事实上可以在控制部分电路的一面进行连线,而在另一面对“地”节点铺铜,两个面间通过过孔连接。


8、输出整流二极管


输出整流二极管若离输出端比较近,不应将其与输出平行放置。否则二极管处出现的电磁场将穿入电源输出与外接负载形成的环路,使测得的输出噪声增大。


图3正确与错误的二极管放置方向


9、地线


地线的布线必须非常小心,否则可能引起EMS、EMI性能和其他性能变差。关于开关电源pCB的“地”,至少做到以下两点:(1)功率地和信号地,应单点连接;(2)不应有存在地环路。


10、Y电容


输入输出经常会接入Y电容,有时因某些原因,可能无法将其挂在输入电容地上,此时切记,一定要接在静态节点,如高压端。


11、其他


实际电源pCB设计时,可能还要考虑其他一些问题,例如“压敏电阻应紧靠被保护电路”、“共模电感应新增放电齿”、“芯片VCC供电处应新增瓷片电容”等等。另外,是否需特殊处理,如铜箔、屏蔽等,在pCB设计阶段也是要考虑的。


有时往往会遇到多个原则相互冲突的情况,满足其中一个就满足不了其他的,这是要工程师应用已有的相关经验,根据实际项目需求,确定最合适的布线了!


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