開關電源印制電路板的設計

摘要：本文從電路板基材、布局和布線、焊盤等方面介紹了開關電源印制電路板的設計方法，對電磁兼容設計有一定的作用。

敘詞：開關電源 印制電路板 電磁兼容

Abstract： This paper introduces the switching power supply design methods of printed circuit board, from PCB base material, placement, routing and pad. It can be play some roles in EMC design.

Keyword：Switching power supplyPCB, EMC

1 引言

隨著電力電子技術和微電子技術、磁性材料科學和燒結加工工藝，以及其它邊沿學科的不斷發(fā)展，出現了許多新的電子產品。開關電源作為各種電子設備的心臟，已成為各種研究中的熱門學科。開關電源日趨小型化、高速化和高密度化，這種趨勢使電磁兼容問題日顯嚴重。開關電源的印制電路板設計是解決電磁兼容性的一個重要方面。下面從電路板的基材、布局和布線、焊盤等方面介紹開關電源印制電路板的設計。

2 開關電源印制電路板常用材料

印制電路板常用的基材分兩大類：紙質覆銅箔層壓板和玻璃布覆銅箔層壓板。層壓板是由粘結樹脂與紙或玻璃布在加熱和加壓條件下形成的壓制品。常用的粘結樹脂是酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂。酚醛紙質銅箔層壓板易吸水，工作溫度不宜超過100℃，120℃以上電氣性能不穩(wěn)定，但由于成本低，在民用產品中仍被廣泛應用。

環(huán)氧酚醛玻璃布銅箔層壓板受潮影響小，有較高的工作溫度，在電氣性能、機械性能、尺寸穩(wěn)定性、抗熱沖擊等方面都比紙質層壓板好。而且具有比較適中的性能價格比，目前在開關電源中是比較常用的印制電路板。由于多層印制板成本較高，在開關電源中很少使用。

3 開關電源印制電路板的布局和布線

在布局時先留出定位孔、輸入輸出端、指示燈等位置，之后再布置大器件和特殊元器件，如高頻變壓器、發(fā)熱元件和集成電路。所有元件要放在離電路板邊緣3mm以上的地方，給批量生產時流水線和波峰焊的導軌槽讓出位置。一般設計流程為：放置高頻變壓器→設計電源開關電流回路→設計輸出整流器回路→連接到交流電源電路的控制電路→設計輸入電流回路和輸入濾波器→設計輸出負載回路和輸出濾波器。

在開關電源印制電路板設計具體布局和布線方面一般遵循以下原則。

(1) 按照電路原理圖安排各功能電路的位置。一般是交流輸入整流濾波電路、高頻逆變電源、輸出濾波電路和取樣反饋控制電路。

(2)要以每個功能電路的核心元器件為中心，圍繞核心元器件進行布局。元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在印制電路板上。盡量減少和縮短各高頻元器件之間的連接線距離，設法減小它們的分布參數和相互間的電磁干擾。

(3)盡可能縮小高頻大電流回路所包圍的面積，縮短高電壓元器件的連線，功率管和變壓器的距離要短。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元器件應分開放置，隔離的距離與承受高電壓的耐壓測試有關。一般電壓2kV相隔的距離為2mm以上，電壓3kV相隔的距離為3.5mm以上，有時為避免爬電，還需要在高壓和低壓區(qū)域開一定寬度的槽。

(4)盡可能縮小控制回路所包圍的面積，從可靠性角度考慮，這部分電路是開關電源中比較脆弱的部分;從電磁兼容的角度考慮，這部分電路在開關電源中比較敏感。縮小控制回路所包圍的面積，實際上是減小了干擾“接收天線”的尺寸，有利于降低對外部干擾的拾取能力，提高了開關電源的可靠性和電磁兼容性。

(5)某些元器件和導線之間可能有較高的電位差，應加大它們之間的距離，以免由于放電引起意外的短路。帶強電的元器件應盡量布置在調試時手不易觸及的地方。

(6)控制電路和功率電路要分開，采用單點接地方式將彼此間的地線回路連在一起。通?？刂撇糠植灰竺娣e接地，因為大面積接地容易起天線作用，引入干擾影響控制部分的正常工作。

(7)開關電源的輸出濾波電路可以采用多只較小的電解電容，避免用一只容量較大的電解電容。因為多只較小的電解電容有較小的等效串聯電阻值，有利于提高開關電源的輸出濾波性能。

(8)對于電位器、可調電感線圈和微動開關等可調元器件應放在印制板方便調節(jié)的地方。

(9)有脈沖電流流過的區(qū)域要遠離輸出端子，使噪聲源與直流輸出部分分離。

(10)相鄰導線之間不應有過長的平行走線，要采用垂直交叉方式，線寬不要突變，也不要突然拐角和環(huán)形走線。在布線中最好避免使用直角和銳角，一般拐角應該大于90°。直角的路徑內部的邊緣能產生集中的電場，該電場能產生耦合到相鄰路徑的噪聲，45°路徑優(yōu)于直角和銳角路徑。當兩條導線以銳角相遇連接時，應將角改成圓弧形。

(11)印制導線的最小寬度，主要由導線和絕緣基板間的粘附強度和流過它們的電流值決定。只要電路板允許，盡可能采用較寬的線，尤其是電源線和地線。

(12)采用大面積覆銅時，應將銅箔表面開孔為網狀，防止波峰焊時產生銅箔的膨脹和脫落。

(13)在開關電源印制電路板設計中，為降低成本采用單面板，有個別線條無法走通而必須采用跳線時，要做到跳線不要太多，跳線長度不要太長，跳線的長度品種不要太多。

4 焊盤尺寸

焊盤的內徑尺寸要從元器件的引線直徑和公差尺寸，以及鍍錫厚度、孔徑公差等方面考慮。較好的匹配是焊盤的內徑尺寸比元件引線直徑略大于(0.15～0.3)mm。焊盤直徑常取內徑直徑的(1.5～2)倍。內孔大的可取小點，焊盤不易過大，否則容易虛焊。

焊盤連接走線較細時，應將走線與焊盤間的連接設計成淚滴狀，這樣可以使焊盤不容易被剝離，銅箔線與焊盤之間的連線不易斷開。

5 結束語

開關電源印制電路板的設計好壞對電路板抗干擾能力影響很大，因此在設計中必須遵守印制電路板的基本設計原則，使開關電源符合抗干擾設計的要求，電路獲得最佳性能。本文介紹了開關電源印制電路板設計時的一般原則，希望能給從事開關電源設計人員提供一些參考。

參考文獻

[1] 錢振宇 .開關電源的電磁兼容性設計與測試.電子工業(yè)出版社，2006

[2] 趙建領 .Protel電路設計與制版寶典. 電子工業(yè)出版社，2007

作者簡介

王小波(1978-)，女，本科，中國兵器工業(yè)第二○八研究所，工程師?！?/p>