開關(guān)電源PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　在開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，PCB設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的一步，它對(duì)電源的性能，EMC要求，可靠性，可生產(chǎn)性都影響很大。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源的體積越來越小，工作頻率也越來越高，內(nèi)部器件的密集度也越來越高，這對(duì)PCB布局布線的抗干擾要求也越來越嚴(yán)，合理的，科學(xué)的PCB設(shè)計(jì)會(huì)讓你的工作事半功倍。

　　1、布局要求

　　PCB布局是比較講究的，不是說隨便放上去，擠得下就完事的。一般PCB布局要遵循幾點(diǎn)：

　　(1)布局的首要原則是保證布線的布通率，移動(dòng)器件時(shí)注意飛線的連接，把有連線關(guān)系的器件放在一起。

　　(2)以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、 整齊、緊湊地排列在PCB電路板上，這樣，不但美觀，而且裝焊容易，易于批量生產(chǎn)。盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接;振蕩電路，濾波去耦電容要緊靠近IC，地線要短，如圖1所示。

　　圖1

　　(3)放置器件時(shí)要考慮以后的焊接和維修，兩個(gè)高度高的元件之間盡量避免放置矮小的元件，如圖2所示，這樣不利于生產(chǎn)和維護(hù)，元件之間最好也不要太密集，但是隨著電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的開關(guān)電源越來越趨于小型化和緊湊化，所以就需要平衡好兩者之間的度了，既要方便焊裝與維護(hù)又要兼顧緊湊。還有就是要考慮實(shí)際的貼片加工能力，按照IPC-A-610E的標(biāo)準(zhǔn)，考慮元件側(cè)面偏移的精度，不然容易造成元件之間連錫，甚至由于元件偏移造成元件距離不夠。

　　圖2

　　(4)光電耦合器件和電流采樣電路，容易被干擾，應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)電場(chǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)器件，如大電流走線、變壓器、高電位脈動(dòng)器件等。

　　(5)元件布局的時(shí)候，要優(yōu)先考慮高頻脈沖電流和大電流的環(huán)路面積，盡可能地減小,以抑制開關(guān)電源的輻射干擾。如圖3所示的幾個(gè)電流環(huán)路是需要特別注意的。

　　圖3

　　(6)高頻脈沖電流流過的區(qū)域要遠(yuǎn)離輸入、輸出端子，使噪聲源遠(yuǎn)離輸入、輸出口，有利于提高EMC性能。

　　圖4

　　如圖4所示，左圖變壓器離入口太近，電磁的輻射能量直接作用于輸入輸出端，因此，EMI測(cè)試不通過。改為右邊的方式后，變壓器遠(yuǎn)離入口，電磁的輻射能量距輸入輸出端距離加大，效果改善明顯，EMI測(cè)試通過。

　　(7)發(fā)熱元件(如變壓器，開關(guān)管，整流二極管等)的布局要考慮散熱的效果，使得整個(gè)電源的散熱均勻，對(duì)溫度敏感的關(guān)鍵元器件(如IC)應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件，發(fā)熱較大的器件應(yīng)與電解電容等影響整機(jī)壽命的器件有一定的距離。

　　(8)布板時(shí)要注意底面元件的高度。例如對(duì)于灌封的DC-DC電源模塊來說，因?yàn)镈C-DC模塊本身體積就比較小，如果底面元件的高度四邊不平衡，灌封的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)兩邊引腳高度一邊高一邊低的現(xiàn)象。

　　圖5

　　(9)布局的時(shí)候要注意控制引腳的抗靜電能力，相應(yīng)的電路元件之間的距離要足夠，例如Ctrl引腳(低電平關(guān)斷)，其電路不像輸入、輸出端那樣具有電容濾波，所以抗靜電能力是整個(gè)模塊最弱的，一定要確保有足夠的安全間距。

　　2、走線原則

　　(1)小信號(hào)走線要盡量遠(yuǎn)離大電流走線，兩者不要靠近平行走線，如果無法避免平行的話，也要拉開足夠的距離，避免小信號(hào)走線受到干擾。

　　圖6

　　(2)關(guān)鍵的小信號(hào)走線，如電流取樣信號(hào)線和光耦反饋的信號(hào)線等，盡量減小回路包圍的面積。

　　圖7

　　(3)相鄰之間不應(yīng)有過長(zhǎng)的平行線(當(dāng)然同一電流回路平行走線是可以的)，上下層走線盡量采用交叉用垂直方式，走線不要突然拐角(即：≤90°)，直角、銳角在高頻電路中會(huì)影響電氣性能。

　　圖8

　　(4)功率回路和控制回路要注意分開，采用單點(diǎn)接地方式，如圖9和圖10所示。

　　初級(jí)PWM控制IC周圍的元件接地接至IC的地腳,再?gòu)牡啬_引出至大電容地線,然后與功率地連接。次級(jí)TL431周圍的元件接地至TL431的3腳，再與輸出電容的地連接。多個(gè)IC的情況，采用并聯(lián)單點(diǎn)接地的方式。

　　圖9

　　圖10

　　(5)高頻元件(如變壓器、電感)底下第一層不要走線，高頻元件正對(duì)著的底面也最好不要放置元件，如果無法避免，可以采用屏蔽的方式，例如高頻元件在Top層，控制電路正對(duì)著在Bottom層，注意要在高頻元件所在的第一層敷銅進(jìn)行屏蔽，如圖11所示，這樣可以避免高頻噪聲輻射干擾到底面的控制電路。

　　圖11

　　(6)濾波電容的走線要特別注意,如圖12，左圖有一部分紋波&噪聲會(huì)經(jīng)過走線出去，右圖濾波效果會(huì)好很多，紋波&噪聲經(jīng)過濾波電容被完全濾掉。

　　圖12

　　(7)電源線、地線盡量靠近，以減小所包圍的面積，從而減小外界磁場(chǎng)環(huán)路切割產(chǎn)生的電磁干擾，同時(shí)減少環(huán)路對(duì)外的電磁輻射。電源線、地線的布線盡量加粗縮短，以減小環(huán)路電阻，轉(zhuǎn)角要圓滑，線寬不要突變，如圖13所示。

　　圖13

　　(8)發(fā)熱大的元件(如TO-252封裝的MOS管)下可以大面積裸銅，用于散熱，這樣可以提高元件的可靠性。功率走線銅箔較窄處可以裸銅用于加錫以保證大電流的流通。

　　3、安規(guī)距離與工藝要求

　　(1)電氣間隙：兩相鄰導(dǎo)體或一個(gè)導(dǎo)體與相鄰導(dǎo)電機(jī)殼表面的沿空氣測(cè)量的最短距離。爬電距離：兩相鄰導(dǎo)體或一個(gè)導(dǎo)體與相鄰導(dǎo)電機(jī)殼表面的沿著絕緣表面測(cè)量的最短距離。如果碰到模塊PCB空間有限，爬電距離不夠，可以采用開槽的方式，如圖14所示，在光耦處開隔離槽以滿足初次級(jí)良好隔離。一般最小開槽寬度為1mm，如果要開更小的槽(如0.6mm，0.8mm)，一般需要特殊說明，找加工精度高的PCB廠家才行，當(dāng)然費(fèi)用也會(huì)增加。

　　圖14

　　一般電源模塊電壓與最小爬電距離的關(guān)系可參照下表：

　　(2)元件到板邊的距離要求。位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不少于2mm，對(duì)于像10W以下的小型化DC-DC模塊，由于元件體積和高度比較小，而且輸入輸出電壓不高，為了滿足小型化的要求，也要至少留有0.5mm以上的距離。大面積銅箔到外框的距離應(yīng)至少保證0.20mm以上的間距，因在銑外形時(shí)容易銑到銅箔上造成銅箔翹起及由其引起焊劑脫落問題。

　　(3)若走線入圓焊盤或過孔的寬度較圓焊盤的直徑小時(shí)，則需加淚滴，加強(qiáng)吸附力，避免焊盤或過孔脫落。

　　圖15

　　(4)SMD器件的引腳與大面積銅箔連接時(shí)，要進(jìn)行熱隔離處理，不然過回流焊的時(shí)候由于散熱快，容易造成虛焊或脫焊。

　　圖16

　　(5)PCB拼板的時(shí)候，要考慮分板可行性，確保元件離板邊的距離要足夠，同時(shí)還要考慮分板的應(yīng)力會(huì)不會(huì)造成元件的脫翹。如圖17所示，可以適當(dāng)?shù)拈_槽，減小分?jǐn)郟CB時(shí)的應(yīng)力，元件A擺放的位置與V-CUT槽方向平行，分?jǐn)鄷r(shí)應(yīng)力比元件B小;元件C比元件A遠(yuǎn)離V-CUT槽，分?jǐn)鄷r(shí)應(yīng)力也比元件A的小。

　　圖17

　　當(dāng)然，以上只是個(gè)人總結(jié)的一些開關(guān)電源PCB設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，還有很多細(xì)節(jié)上的或其他方面的知識(shí)需要注意的，最后我想說的是PCB設(shè)計(jì)，除了原則要求和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)之外，最重要的一點(diǎn)是細(xì)心再細(xì)心，檢查再檢查。