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大部分開關(guān)電源設(shè)計(jì)的最后一步便是印制PCB電路板的線路。如果這部分設(shè)計(jì)有誤，也會(huì)導(dǎo)致電源的運(yùn)行不穩(wěn)定，產(chǎn)生過量的電磁攪擾（EMI）。PCB設(shè)計(jì)是開關(guān)電源研制過程中極為重要的過程和環(huán)節(jié)，關(guān)系到開關(guān)電源能否正常運(yùn)行，企業(yè)生產(chǎn)能否順利進(jìn)行，運(yùn)作是否安全等問題。開關(guān)電源越來越趨向高速、寬帶、高靈敏度、高密布度和小型化，因此導(dǎo)致開關(guān)電源要面對(duì)PCB設(shè)計(jì)的EMC電磁兼容性問題。本文介紹了開關(guān)電源PCB的設(shè)計(jì)流程及PCB的接地設(shè)計(jì)。
印制線路板支撐著電子產(chǎn)品的電路元件和器材，它提供電路元件和器材之間的電氣銜接，它是各種電子設(shè)備最基本的組成部分，它的性能直接關(guān)系到電子設(shè)備質(zhì)量的好壞。如果這部分設(shè)計(jì)不妥，會(huì)使電源作業(yè)不穩(wěn)定，產(chǎn)生過量的電磁攪擾（EMI）。隨著功率半導(dǎo)體器材的發(fā)展和開關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，開關(guān)電源的開關(guān)頻率與功率密度變得越來越高。然而，開關(guān)電源開關(guān)頻率不斷提高和功率密度不斷增大使開關(guān)電源內(nèi)部的電磁環(huán)境日趨復(fù)雜。
一、開關(guān)電源PCB的設(shè)計(jì)流程
每個(gè)開關(guān)電源一般都包含三個(gè)交流回路：電源開關(guān)交流回路、輸入整流回路、輸出整流回路。這些交流回路電流中諧波成分很高，其頻率遠(yuǎn)大于開關(guān)頻率，峰值起伏很高。這三個(gè)回路最容易導(dǎo)致電磁攪擾產(chǎn)生，因而有必要在電源中在其它印制線布線之前先布好這些交流回路，每個(gè)回路的主要元件如：濾波電容、電源開關(guān)或整流器、電感或變壓器應(yīng)相互相鄰地進(jìn)行放置，調(diào)整元件位置使它們之間的電流路徑盡或許短。因而，最佳設(shè)計(jì)流程如下：放置變壓器；設(shè)計(jì)電源開關(guān)電流回路；設(shè)計(jì)輸出電流回路；設(shè)計(jì)控制電路；設(shè)計(jì)輸入電流回路。
二、PCB與EMC
1.PCB尺寸
PCB尺寸過大時(shí)，印制線長，阻抗增加，抗噪聲性能下降，成本也會(huì)上升；過小則散熱不好，且附近線條易受攪擾。電路板的最佳形狀矩形，而長寬比為3：2或4：3。
2.確認(rèn)PCB的層數(shù)
依據(jù)電源、地的種類、信號(hào)線的密布程度、信號(hào)頻率、特殊布線要求的信號(hào)數(shù)量、周邊要素、成本價(jià)格等方面的綜合因素來確認(rèn)PCB板的層數(shù)。要滿足EMC的嚴(yán)厲指標(biāo)而且考慮制造成本，恰當(dāng)添加地平面是PCB的EMC設(shè)計(jì)最好的方法之一。對(duì)電源層而言，一般經(jīng)過內(nèi)電層切割能滿足多種電源的需求，但若需求多種電源供電，且相互交織，則有必要考慮選用兩層或兩層以上的電源平面。對(duì)信號(hào)層而言，除了考慮信號(hào)線的走線密布度外，從EMC的視點(diǎn)，還需求考慮關(guān)鍵信號(hào)（如時(shí)鐘、驅(qū)動(dòng)信號(hào)等）的屏蔽或阻隔，以此確認(rèn)是否添加相應(yīng)層數(shù)。因而，開關(guān)電源中的PCB，如果資金成本允許，在PCB設(shè)計(jì)時(shí)盡量不挑選單面板或雙面板，而挑選多層板。
3.PCB上元器件的布局和走線原則。首要，對(duì)PCB板進(jìn)行空間切開，下降PCB上不同類型的元器件之間彼此攪擾?？臻g切開的施行方法就是對(duì)元器件進(jìn)行分組，能夠根據(jù)電壓高低、數(shù)字器件或仿照器件、高速器件或低速器件以及電流巨細(xì)等特色，對(duì)電路板上的不同單元進(jìn)行功用分組，每個(gè)功用組的元器件彼此緊湊的放置在一起以便得到最短的線路長度和最佳的功用特性。高壓、大功率器件與低壓、小功率器件應(yīng)堅(jiān)持必定間距，盡量分隔布線。通用原則如下：低電平信號(hào)線不能挨近高電平信號(hào)線，包括能產(chǎn)生瞬變的信號(hào)；將仿照電路和數(shù)字電路分隔，避免仿照電路、數(shù)字電路和電源公共回線產(chǎn)生公共阻抗耦合；安排電路時(shí)要使得信號(hào)線長度盡量??；確保相鄰板之間、同一板相鄰層面之間、同一層面相鄰布線之間不能有過長的平行信號(hào)線；在每個(gè)IC的電源和地之間都應(yīng)當(dāng)有去耦電容，這些去耦電容應(yīng)該盡或許的挨近IC引腳，這將有助于濾除IC的開關(guān)噪聲；電磁攪擾濾波器要盡或許挨近攪擾源；電源開關(guān)元件和整流器應(yīng)盡或許挨近變壓器放置，以使其導(dǎo)線長度最小；盡或許挨近整流二極管放置調(diào)壓元件和濾波電容器；對(duì)噪聲靈敏的布線不要與大電流，高速開關(guān)線平行，比如開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。此外，還應(yīng)留意以下三點(diǎn)：在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時(shí)．操作它們時(shí)均會(huì)產(chǎn)生較大火花放電，有必要選用RC吸收電路來吸收放電電流。一般R取1-2kΩ，C取2.2-4.7μF；CMOS的輸入阻抗很高，且易受攪擾，因而在運(yùn)用時(shí)對(duì)不用端要經(jīng)過電阻接地或接正電源；在電源或高壓電路中走線之間留有滿意爬電距離是安全的重要因素，一般爬電距離為500V/1mm。在高濕潤環(huán)境和高電壓運(yùn)用下，能夠采取走線間挖槽增強(qiáng)耐壓。
開關(guān)電源PCB的接地設(shè)計(jì)
合適的接地方式有如下幾種：
1.浮地：關(guān)于電子產(chǎn)品而言，浮動(dòng)地是指設(shè)備的地線在電氣上與參考地及其它導(dǎo)體相絕緣，即設(shè)備浮動(dòng)地，如圖所示；另一種情況是在有些電子產(chǎn)品中，為了避免機(jī)箱上的騷擾電流直接耦合到信號(hào)電路，因此需要將信號(hào)地與機(jī)箱絕緣，即單元電路浮動(dòng)地。長處：電路與外部的地體系有良好的阻隔，不易受外部地體系上攪擾的影響。缺點(diǎn)：電路上易堆集靜電然后發(fā)生靜電攪擾，有或許發(fā)生危險(xiǎn)電壓。
2.單點(diǎn)接地可分為串聯(lián)單點(diǎn)接地與并聯(lián)單點(diǎn)接地。串聯(lián)單點(diǎn)接地接地點(diǎn)只要一個(gè)，是以一截面積足夠大的導(dǎo)體作為接地母線，直接接到電位基準(zhǔn)點(diǎn)需求接地的各部分就近接到該母線上，由于接地母線阻抗很小，故可以把公共干擾減弱到允許的程度。并聯(lián)端點(diǎn)接地接地點(diǎn)只要一個(gè)，是將需求接地的各部分，別離以接地導(dǎo)線直接連到電位基準(zhǔn)點(diǎn)（一般是直流電源的負(fù)極或零伏點(diǎn)）；或者用樹枝狀的多點(diǎn)放射式。如圖所示。因?yàn)檫@樣僅有很少的公共信號(hào)返回導(dǎo)體，能有效地防止公共阻抗和接地閉合回路形成的干擾。缺點(diǎn)是接地線又長又多，經(jīng)濟(jì)性差，并且限制了設(shè)備的工作速度或頻率。并聯(lián)單點(diǎn)接地主要應(yīng)用于機(jī)框內(nèi)各種匯流條的匯接。
3.多點(diǎn)接地接地點(diǎn)多于一個(gè)的銜接方法，在高頻（f>10MHz）情況下，由于接地線的長度過長，引線電感和分布電容的影響不能疏忽，為降低接地阻抗、消除分布電容的影響而平面式多點(diǎn)接地，即使用一導(dǎo)電平面（如底板或多層印制電路板的導(dǎo)電平面層等）作為基準(zhǔn)地，需求接地的各部分就近接到該基準(zhǔn)地上。由于導(dǎo)電平面的高頻阻抗很低，所以各處的基準(zhǔn)電位比較挨近。為進(jìn)一步削減接地回路的壓降，可用旁路電容等方法削減返回電流的幅值及前沿陡度。多點(diǎn)接地方法首要應(yīng)用于高頻信號(hào)到參閱平面的銜接。
4.復(fù)合接地是單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地一起效果的銜接方法。既包含了單點(diǎn)接地地特性，也包含了多點(diǎn)接地地特性。首要應(yīng)用于1MHz
四、PCB板接地設(shè)計(jì)規(guī)范
1.主電路的輸入與輸出有必要分開走線，電源的干擾一般由供電設(shè)備和電源進(jìn)入體系的，獨(dú)立的一層電源層就有必要進(jìn)行很好的濾波，有必要做好去耦電容的走線，而且PCB板的走線要盡或許的粗，最后到達(dá)減小環(huán)路電阻的目的。
2.主電道路與控制線最好要彼此各不影響。數(shù)字地與模仿地分開走，若一塊PCB上既有邏輯電路和線性電路有必要要使他們分開，低頻電路的地應(yīng)該采用單點(diǎn)并銜接地。高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地，地線應(yīng)為短而粗，高頻原件周圍盡量用柵格大面積地箔。
3.高頻變壓器的信號(hào)線最好要單獨(dú)分開走。
4.分開布線要避免平行走線?？梢怨P直穿插，線距間隔最好在25MM以上。
5.電纜不要貼在金屬外殼和散熱器走線，要堅(jiān)持必定的間隔。電源輸入端跨接10-100UF的電解電容器，還有開關(guān)電源中運(yùn)用較多的接觸器，繼電器，按鈕等元件時(shí)均會(huì)呈現(xiàn)較大的火花，有必要采用RC電路來吸收放點(diǎn)電流。
開關(guān)電源印制線路板的電磁兼容設(shè)計(jì)既有普通產(chǎn)品PCB設(shè)計(jì)的共性，更有自己的特性。要設(shè)計(jì)一塊完美的開關(guān)電源PCB，需求大量的經(jīng)驗(yàn)積累。而隨著新型高速器件和大型集成電路的應(yīng)用越來越廣泛，電子線路也越來越雜亂，需求設(shè)計(jì)人員不斷提高設(shè)計(jì)水平，愈加深化的研討抗干擾技術(shù)，設(shè)計(jì)出屬于自己的PCB精品。
