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2019年01月28日 | 开关电源PCB设计经验分享
2019-01-28
各位电子工程师想必都知道，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
对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，但很多时候对于不需要认证，或没法满足认证的产品，间距就由经验决定了。多宽的间距合适？必须考虑生产能否保证板面清洁、环境湿度、其他污染等情况如何。
对于市电输入，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对比。
图1 分板时器件受到的应力对比
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，可能增加漏极噪声尖峰。
关键走线
因di/dt 作用，必须减小动态节点处电感，否则会产生较强的电磁场。若要减小电感，主要是要减少布线的长度，增加宽度作用较小。
信号线
对于整个控制部分，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，避免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，甚至应该避免。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，可以等效增加输出电容，滤除一些噪声信号。
映射
对于一个回路，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一样。
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。否则二极管处产生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。对于开关电源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”、“共模电感应增加放电齿”、“芯片VCC供电处应增加瓷片电容”等等。另外，是否需特殊处理，如铜箔、屏蔽等，在PCB设计阶段也是需要考虑的。
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，这是需要工程师应用已有的经验，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，在硬件设计中需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，为用户提供稳定、可靠的电源隔离解决方案。
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