在任何開關電源設計中,PCB線路板板的物理設計都是最后一個環節,如果設計方法不當,PCB線路板可能會輻射過多的電磁干擾,造成電源工作不穩定,以下針對各個步驟中所需注意的事項進行分析:
一、 從原理圖到PCB線路板的設計流程 建立元件參數->輸入原理網表->設計參數設置->手工布局->手工布線->驗證設計->復查->CAM輸出。
二、 參數設置相鄰導線間距必須能滿足電氣安全要求,而且為了便于操作和生產,間距也應盡量寬些。最小間距至少要能適合承受的電壓,在布線密度較低時,信號線的間距可適當地加大,對高、低電平懸殊的信號線應盡可能地短且加大間距,一般情況下將走線間距設為8mil。焊盤內孔邊緣到印制板邊的距離要大于1mm,這樣可以避免加工時導致焊盤缺損。當與焊盤連接的走線較細時,要將焊盤與走線之間的連接設計成水滴狀,這樣的好處是焊盤不容易起皮,而是走線與焊盤不易斷開。
三、 元器件布局實踐證明,即使電路原理圖設計正確,印制PCB線路板設計不當,也會對電子設備的可靠性產生不利影響。例如,如果印制板兩條細平行線靠得很近,則會形成信號波形的延遲,在傳輸線的終端形成反射噪聲;由于電源、地線的考慮不周到而引起的干擾,會使產品的性能下降,因此,在設計印制PCB線路板的時候,應注意采用正確的方法。每一個開關電源都有四個電流回路:
(1). 電源開關交流回路
(2). 輸出整流交流回路
(3). 輸入信號源電流回路
(4). 輸出負載電流回路
輸入回路通過一個近似直流的電流對輸入電容充電,濾波電容主要起到一個寬帶儲能作用;類似地,輸出濾波電容也用來儲存來自輸出整流器的高頻能量,同時消除輸出負載回路的直流能量。所以,輸入和輸出濾波電容的接線端十分重要,輸入及輸出電流回路應分別只從濾波電容的接線端連接到電源;如果在輸入/輸出回路和電源開關/整流回路之間的連接無法與電容的接線端直接相連,交流能量將由輸入或輸出濾波電容并輻射到環境中去。電源開關交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形電流,這些電流中諧波成分很高,其頻率遠大于開關基頻,峰值幅度可高達持續輸入/輸出直流電流幅度的5倍,過渡時間通常約為50ns。這兩個回路最容易產生電磁干擾,因此必須在電源中其它印制線布線之前先布好這些交流回路,每個回路的三種主要的元件濾波電容、電源開關或整流器、電感或變壓器應彼此相鄰地進行放置,調整元件位置使它們之間的電流路徑盡可能短。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:
放置變壓器
設計電源開關電流回路
設計輸出整流器電流回路
設計輸入電流源回路和輸入濾波器
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線路板尺寸大小。PCB線路板尺寸過大時,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。PCB線路板的最佳形狀矩形,長寬比為3:2或4:3,位于PCB線路板邊緣的元器件,離PCB線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線路板上,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
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