开关电源PCB设计相关经验分享

2020-05-25      702 次浏览

各位电子工程师想必都了解,设计时,pCB设计占据很重要的地位。以电源为例,pCB设计会直接影响电源的EMC性能、输出噪声、抗干扰能力,甚至是基本功能。电源部分的pCB布线与其他硬件稍有不同,该如何设计?本文为你揭秘。


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!


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。


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。


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。


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!


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。


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。


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


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。


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。


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!


总结


为打造高稳定的产品,在硬件设计中要的设计细节是很多的,本文仅是介绍硬件中的最为常见的电源设计。为使整体产品或系统拥有稳定、可靠的供电,大部分工程师会选择电源模块作为系统供电的基础。


致远电子自主研发、生产的隔离电源模块已有近20年的行业积累,目前产品具有宽输入电压范围,隔离1000VDC、1500VDC、3000VDC及6000VDC等多个系列,封装形式多样,兼容国际标准的SIp、DIp等封装。同时致远电子为保证电源产品性能建设了行业内一流的测试实验室,配备最先进、齐全的测试设备,全系列隔离DC-DC电源通过完整的EMC测试,静电抗扰度高达4KV、浪涌抗扰度高达2KV,可应用于绝大部分复杂恶劣的工业现场,为用户供应稳定、可靠的电源隔离解决方法。


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