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開(kāi)關(guān)電源的PCB設(shè)計(jì)規(guī)范 在任何開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中,PCB板的物理設(shè)計(jì)都是最后一個(gè)環(huán)節(jié),如果設(shè)計(jì)方法不當(dāng),PCB可能會(huì)輻射過(guò)多的電磁干擾,造成電源工作不穩(wěn)定,以下針對(duì)各個(gè)步驟中所需注意的事項(xiàng)進(jìn)行分析: 一、 從原理圖到PCB的設(shè)計(jì)流程 建立元件參數(shù)->輸入原理網(wǎng)表->設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置->手工布局->手工布線(xiàn)->驗(yàn)證設(shè)計(jì)->復(fù)查->CAM輸出. 二、 參數(shù)設(shè)置相鄰導(dǎo)線(xiàn)間距必須能滿(mǎn)足電氣安全要求,而且為了便于操作和生產(chǎn),間距也應(yīng)盡量寬些.最小間距至少要能適合承受的電壓,在布線(xiàn)密度較低時(shí),信號(hào)線(xiàn)的間距可適當(dāng)?shù)丶哟?對(duì)高、低電平懸殊的信號(hào)線(xiàn)應(yīng)盡可能地短且加大間距,一般情況下將走線(xiàn)間距設(shè)為8mil.焊盤(pán)內(nèi)孔邊緣到印制板邊的距離要大于1mm,這樣可以避免加工時(shí)導(dǎo)致焊盤(pán)缺損.當(dāng)與焊盤(pán)連接的走線(xiàn)較細(xì)時(shí),要將焊盤(pán)與走線(xiàn)之間的連接設(shè)計(jì)成水滴狀,這樣的好處是焊盤(pán)不容易起皮,而是走線(xiàn)與焊盤(pán)不易斷開(kāi). 三、 元器件布局實(shí)踐證明,即使電路原理圖設(shè)計(jì)正確,印制電路板設(shè)計(jì)不當(dāng),也會(huì)對(duì)電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響.例如,如果印制板兩條細(xì)平行線(xiàn)靠得很近,則會(huì)形成信號(hào)波形的延遲,在傳輸線(xiàn)的終端形成反射噪聲;由于電源、地線(xiàn)的考慮不周到而引起的干擾,會(huì)使產(chǎn)品的性能下降,因此,在設(shè)計(jì)印制電路板的時(shí)候,應(yīng)注意采用正確的方法.每一個(gè)開(kāi)關(guān)電源都有四個(gè)電流回路: (1). 電源開(kāi)關(guān)交流回路 (2). 輸出整流交流回路 (3). 輸入信號(hào)源電流回路 (4). 輸出負(fù)載電流回路輸入回路通過(guò)一個(gè)近似直流的電流對(duì)輸入電容充電,濾波電容主要起到一個(gè)寬帶儲(chǔ)能作用;類(lèi)似地,輸出濾波電容也用來(lái)儲(chǔ)存來(lái)自輸出整流器的高頻能量,同時(shí)消除輸出負(fù)載回路的直流能量.所以,輸入和輸出濾波電容的接線(xiàn)端十分重要,輸入及輸出電流回路應(yīng)分別只從濾波電容的接線(xiàn)端連接到電源;如果在輸入/輸出回路和電源開(kāi)關(guān)/整流回路之間的連接無(wú)法與電容的接線(xiàn)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(huán)境中去.電源開(kāi)關(guān)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(yuǎn)大于開(kāi)關(guān)基頻,峰值幅度可高達(dá)持續(xù)輸入/輸出直流電流幅度的5倍,過(guò)渡時(shí)間通常約為50ns.這兩個(gè)回路最容易產(chǎn)生電磁干擾,因此必須在電源中其它印制線(xiàn)布線(xiàn)之前先布好這些交流回路,每個(gè)回路的三種主要的元件濾波電容、電源開(kāi)關(guān)或整流器、電感或變壓器應(yīng)彼此相鄰地進(jìn)行放置,調(diào)整元件位置使它們之間的電流路徑盡可能短.建立開(kāi)關(guān)電源布局的最好方法與其電氣設(shè)計(jì)相似,最佳設(shè)計(jì)流程如下: • 放置變壓器 • 設(shè)計(jì)電源開(kāi)關(guān)電流回路 • 設(shè)計(jì)輸出整流器電流回路 • 連接到交流電源電路的控制電路 • 設(shè)計(jì)輸入電流源回路和輸入濾波器 設(shè)計(jì)輸出負(fù)載回路和輸出濾波器根據(jù)電路的功能單元,對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局時(shí),要符合以下原則: (1) 首先要考慮PCB尺寸大小.PCB尺寸過(guò)大時(shí),印制線(xiàn)條長(zhǎng),阻抗增加,抗噪聲能力下降,成本也增加;過(guò)小則散熱不好,且鄰近線(xiàn)條易受干擾.電路板的最佳形狀矩形,長(zhǎng)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(shí)要考慮以后的焊接,不要太密集. (3) 以每個(gè)功能電路的核心元件為中心,圍繞它來(lái)進(jìn)行布局.元器件應(yīng)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(xiàn)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(shù).一般電路應(yīng)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(chǎn). (5) (5) 按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置,使布局便于信號(hào)流通,并使信號(hào)盡可能保持一致的方向. (6) (6) 布局的首要原則是保證布線(xiàn)的布通率,移動(dòng)器件時(shí)注意飛線(xiàn)的連接,把有連線(xiàn)關(guān)系的器件放在一起. (7) 盡可能地減小環(huán)路面積,以抑制開(kāi)關(guān)電源的輻射干擾 四、 布線(xiàn)開(kāi)關(guān)電源中包含有高頻信號(hào),PCB上任何印制線(xiàn)都可以起到天線(xiàn)的作用,印制線(xiàn)的長(zhǎng)度和寬度會(huì)影響其阻抗和感抗,從而影響頻率響應(yīng).即使是通過(guò)直流信號(hào)的印制線(xiàn)也會(huì)從鄰近的印制線(xiàn)耦合到射頻信號(hào)并造成電路問(wèn)題(甚至再次輻射出干擾信號(hào)).因此應(yīng)將所有通過(guò)交流電流的印制線(xiàn)設(shè)計(jì)得盡可能短而寬,這意味著必須將所有連接到印制線(xiàn)和連接到其他電源線(xiàn)的元器件放置得很近.印制線(xiàn)的長(zhǎng)度與其表現(xiàn)出的電感量和阻抗成正比,而寬度則與印制線(xiàn)的電感量和阻抗成反比.長(zhǎng)度反映出印制線(xiàn)響應(yīng)的波長(zhǎng),長(zhǎng)度越長(zhǎng),印制線(xiàn)能發(fā)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(jù)印制線(xiàn)路板電流的大小,盡量加租電源線(xiàn)寬度,減少環(huán)路電阻. 同時(shí)、使電源線(xiàn)、地線(xiàn)的走向和電流的方向一致,這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力.接地是開(kāi)關(guān)電源四個(gè)電流回路的底層支路,作為電路的公共參考點(diǎn)起著很重要的作用,它是控制干擾的重要方法.因此,在布局中應(yīng)仔細(xì)考慮接地線(xiàn)的放置,將各種接地混合會(huì)造成電源工作不穩(wěn)定.在地線(xiàn)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn) 1. 正確選擇單點(diǎn)接地通常,濾波電容公共端應(yīng)是其它的接地點(diǎn)耦合到大電流的交流地的唯一連接點(diǎn),同一級(jí)電路的接地點(diǎn)應(yīng)盡量靠近,并且本級(jí)電路的電源濾波電容也應(yīng)接在該級(jí)接地點(diǎn)上,主要是考慮電路各部分回流到地的電流是變化的,因?qū)嶋H流過(guò)的線(xiàn)路的阻抗會(huì)導(dǎo)致電路各部分地電位的變化而引入干擾.在本開(kāi)關(guān)電源中,它的布線(xiàn)和器件間的電感影響較小,而接地電路形成的環(huán)流對(duì)干擾影響較大,因而采用一點(diǎn)接地,即將電源開(kāi)關(guān)電流回路 (中的幾個(gè)器件的地線(xiàn)都連到接地腳上,輸出整流器電流回路的幾個(gè)器件的地線(xiàn)也同樣接到相應(yīng)的濾波電容的接地腳上,這樣電源工作較穩(wěn)定,不易自激.做不到單點(diǎn)時(shí),在共地處接兩二極管或一小電阻,其實(shí)接在比較集中的一塊銅箔處就可以. 2. 盡量加粗接地線(xiàn) 若接地線(xiàn)很細(xì),接地電位則隨電流的變化而變化,致使電子設(shè)備的定時(shí)信號(hào)電平不穩(wěn),抗噪聲性能變壞,因此要確保每一個(gè)大電流的接地端采用盡量短而寬的印制線(xiàn),盡量加寬電源、地線(xiàn)寬度,最好是地線(xiàn)比電源線(xiàn)寬,它們的關(guān)系是:地線(xiàn)>電源線(xiàn)>信號(hào)線(xiàn),如有可能,接地線(xiàn)的寬度應(yīng)大于3mm,也可用大面積銅層作地線(xiàn)用,在印制板上把沒(méi)被用上的地方都與地相連接作為地線(xiàn)用.進(jìn)行全局布線(xiàn)的時(shí)候,還須遵循以下原則 1).布線(xiàn)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(xiàn)方向最好與電路圖走線(xiàn)方向相一致,因生產(chǎn)過(guò)程中通常需要在焊接面進(jìn)行各種參數(shù)的檢測(cè),故這樣做便于生產(chǎn)中的檢查,調(diào)試及檢修(注:指在滿(mǎn)足電路性能及整機(jī)安裝與面板布局要求的前提下). (2).設(shè)計(jì)布線(xiàn)圖時(shí)走線(xiàn)盡量少拐彎,印刷弧上的線(xiàn)寬不要突變,導(dǎo)線(xiàn)拐角應(yīng)≥90度,力求線(xiàn)條簡(jiǎn)單明了. (3).印刷電路中不允許有交叉電路,對(duì)于可能交叉的線(xiàn)條,可以用“鉆”、“繞”兩種辦法解決.即讓某引線(xiàn)從別的電阻、電容、三極管腳下的空隙處“鉆”過(guò)去,或從可能交叉的某條引線(xiàn)的一端“繞”過(guò)去,在特殊情況下如何電路很復(fù)雜,為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)也允許用導(dǎo)線(xiàn)跨接,解決交叉電路問(wèn)題.因采用單面板,直插元件位于top面,表貼器件位于bottom面,所以在布局的時(shí)候直插器件可與表貼器件交疊,但要避免焊盤(pán)重疊. 3．輸入地與輸出地本開(kāi)關(guān)電源中為低壓的DC-DC,欲將輸出電壓反饋回變壓器的初級(jí),兩邊的電路應(yīng)有共同的參考地,所以在對(duì)兩邊的地線(xiàn)分別鋪銅之后,還要連接在一起,形成共同的地 五、檢查 布線(xiàn)設(shè)計(jì)完成后,需認(rèn)真檢查布線(xiàn)設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)者所制定的規(guī)則,同時(shí)也需確認(rèn)所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求,一般檢查線(xiàn)與線(xiàn)、線(xiàn)與元件焊盤(pán)、線(xiàn)與貫通孔、元件焊盤(pán)與貫通孔、貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理,是否滿(mǎn)足生產(chǎn)要求. 電源線(xiàn)和地線(xiàn)的寬度是否合適,在PCB中是否還有能讓地線(xiàn)加寬的地方.注意: 有些錯(cuò)誤可以忽略,例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外,檢查間距時(shí)會(huì)出錯(cuò);另外每次修改過(guò)走線(xiàn)和過(guò)孔之后,都要重新覆銅一次. 五、 復(fù)查根據(jù)“PCB檢查表”,內(nèi)容包括設(shè)計(jì)規(guī)則,層定義、線(xiàn)寬、間距、焊盤(pán)、過(guò)孔設(shè)置,還要重點(diǎn)復(fù)查器件布局的合理性,電源、地線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的走線(xiàn),高速時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的走線(xiàn)與屏蔽,去耦電容的擺放和連接等. 六、 設(shè)計(jì)輸出 輸出光繪文件的注意事項(xiàng): a. 需要輸出的層有布線(xiàn)層(底層) 、絲印層(包括頂層絲印、底層絲印)、阻焊層(底層阻焊)、鉆孔層(底層),另外還要生成鉆孔文件(NC Drill) b. 設(shè)置絲印層的Layer時(shí),不要選擇Part Type,選擇頂層(底層)和絲印層的Outline、Text、Linec. 在設(shè)置每層的Layer時(shí),將Board Outline選上,設(shè)置絲印層的Layer時(shí),不要選擇Part Type,選擇頂層(底層)和絲印層的Outline、Text、Line.d. 生成鉆孔文件時(shí),使用PowerPCB的缺省設(shè)置,不要作任何改