專注解決直流電源方案

在任何開關電源設計中,PCB板的物理設計都是最後（hòu）一個環節,如果設計方法不當,PCB可能會輻射（shè）過多的電磁幹擾（rǎo）,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的（de）設計流程

   建立元（yuán）件參數->輸入原理網表->設計參數設置->手工布局->手工布（bù）線->驗證設計->複查->CAM輸出.

二、參數設置

   相（xiàng）鄰導線間距必須能（néng）滿足電氣安全要求,而且（qiě）為了（le）便於操作（zuò）和生產,間距也應盡量寬（kuān）些.最小（xiǎo）間距至少要能適合承受的電壓,在布線（xiàn）密度較低時,信號（hào）線的間距可適當地加（jiā）大,對高、低電平懸殊（shū）的（de）信號線應盡可能地短且（qiě）加大間距（jù）,一（yī）般情況（kuàng）下將走線（xiàn）間距設為8mil.

   焊盤內孔邊緣到印製板邊（biān）的距離要大於1mm,這樣可以避免加工時導致焊盤缺（quē）損.當與焊盤連接的走線較細時,要將焊（hàn）盤與（yǔ）走線之間的連接設計成水滴狀,這樣（yàng）的好處是焊盤（pán）不容易起（qǐ）皮,而是（shì）走線與焊盤不易斷開.

三、元器（qì）件（jiàn）布局

   實踐證明,即使電路原理圖設計正確（què）,印製電路板設計不（bú）當,也會對電子設備的可靠性（xìng）產生不利影響.例如,如果印製板兩條細平（píng）行線靠得很近,則會形成信號波形的延遲,在傳（chuán）輸線的終端形成反射噪聲;由（yóu）於電源、地線的考慮不周到而引起（qǐ）的幹（gàn）擾（rǎo）,會使產品的性能下降,因（yīn）此,在設計印製電路板的時（shí）候,應注意采用正確的方法（fǎ）.

每一（yī）個開關電源都有四個電（diàn）流回路:

(1). 電源開關（guān）交流回路

(2). 輸出整（zhěng）流交流回路

(3). 輸入信號源電（diàn）流回路

(4). 輸（shū）出負載電（diàn）流回路

   輸入回路（lù）通（tōng）過一（yī）個近似（sì）直流的電流對輸入電容充電,濾波電容主要（yào）起到一個寬帶儲能作（zuò）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（pín）能量（liàng）,同時（shí）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（xiàn）端十分重要,輸入（rù）及輸（shū）出電流回路應分（fèn）別隻從濾波電容的（de）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（fǎ）與電容的接線端直接相連,交流能量將（jiāng）由輸入或（huò）輸出濾（lǜ）波（bō）電容（róng）並輻射到環境中去（qù）.

   電（diàn）源開關交流回路和整流器的交流回路包含高幅（fú）梯形電流,這些電流中諧（xié）波成分很高,其頻率遠大於開關基頻,峰（fēng）值幅度可高達持續輸入/輸出直流（liú）電流幅度的5倍,過渡時間通常約為50ns.這兩個（gè）回路（lù）最容易（yì）產生電磁幹擾,因（yīn）此必須在電源中其它（tā）印製線布線之前先布好這些交（jiāo）流（liú）回路,每個回路的（de）三種主要（yào）的元件濾波電容、電源開關或整流器、電感或變壓器應彼（bǐ）此相鄰地進行放置,調整元件位（wèi）置使它們之間的電流路徑盡可能短.

建立開關（guān）電源（yuán）布（bù）局（jú）的最好方法與其電氣（qì）設計相似,最佳設（shè）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（zhěng）流器電流（liú）回路

·    連接到交流電源電路的（de）控製電路

·    設計輸入電（diàn）流源回路和輸入濾（lǜ）波器

設計輸出（chū）負載回路和輸出濾波（bō）器根據電路（lù）的功能單元,對電路的全部元器件進（jìn）行布局時,要符合以下原則:

(1) 首先（xiān）要考慮PCB尺寸大小.PCB尺寸過大時,印製線條長,阻（zǔ）抗增加,抗噪聲能力下降,成本也增加;過小則散熱不好,且鄰近線條易受幹擾.電路板的最佳形（xíng）狀矩形,長寬比為3:2或4:3,位於電路（lù）板邊緣的元器（qì）件,離電路板邊緣一般不小於2mm.

(2) 放置器件（jiàn）時要考慮以（yǐ）後的焊接,不要太密集.

(3) 以（yǐ）每個功能（néng）電路的核心元件為中心,圍繞它來進行布局（jú）.元（yuán）器件應（yīng）均勻（yún）、 整齊、緊湊地排列（liè）在PCB上,盡量減（jiǎn）少和縮短各元器件（jiàn）之間的引線（xiàn）和連接, 去耦電容盡（jìn）量靠（kào）近器件的VCC.

(4) 在高頻（pín）下工作的電路,要考（kǎo）慮（lǜ）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（pái）列.這樣,不但美觀,而且裝焊（hàn）容易,易（yì）於批量生（shēng）產.

(5) 按照電路的流程安（ān）排各個功能電路單元的（de）位置,使布局便於信號流通,並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（xiàn）的布通率（lǜ）,移動器件時注意（yì）飛線的連接,把有連線關係的器件放在一起.

(7) 盡可能地減小環路麵積,以抑製（zhì）開關電源的輻射幹擾.

四、布線

   開關電源中包（bāo）含有高頻信號（hào）,PCB上任何印製線都可以起到天線的作用,印製線的長度和（hé）寬度會影響其阻抗和感抗,從而影響頻率響應.即使是通（tōng）過直流信號的印製線也會從鄰近的印製線耦合到射頻信號並造成電路問題(甚至再次輻射出幹擾信號).因（yīn）此應將所有通過交流電流的印（yìn）製線設計得盡可能短（duǎn）而（ér）寬,這意味著必須將所有連接到印製線和連接到其他電（diàn）源線的元器件放置得很近.印製線的長度（dù）與其表現出的電（diàn）感量和阻抗成正比,而寬度則與印製（zhì）線的（de）電感（gǎn）量（liàng）和阻（zǔ）抗（kàng）成反比.長度（dù）反映出印製線響應的波長,長度越長,印製線能發送和接收電磁（cí）波的頻率越 。低,它就能輻射出更多的射頻能量.根據印製線路板電流的大小,盡量加粗電源線寬度,減少環路電阻（zǔ）. 同時、使電源線、地線（xiàn）的走向和電流的方向一致,這樣有助於增強抗噪聲能力.

   接地是開關電（diàn）源四個電流回路（lù）的底層支（zhī）路（lù）,作為電路的公共參考點起著很重（chóng）要的作用,它（tā）是控製幹擾的重要（yào）方法.因此,在布局中應仔細考慮接地線的放置,將各（gè）種接地混合會造成電源工作不（bú）穩定.在地線設計中（zhōng）應注（zhù）意以下幾點:

1. 正確選擇單點接地

   通常,濾（lǜ）波電容公共端應是其它的接（jiē）地點耦合到大電流的交流地的唯一（yī）連接（jiē）點（diǎn）,同一級電（diàn）路的接地點應（yīng）盡量靠近,並且本級（jí）電路的電源濾波電容也應接在該級（jí）接地點上,主要是考慮電（diàn）路各部（bù）分回（huí）流到地的電（diàn）流是變化的,因實際流過的線路的阻抗會導致電路各部分地電位的（de）變（biàn）化（huà）而引入幹擾.

   在本（běn）開關（guān）電源中,它的布（bù）線和（hé）器件間的電感（gǎn）影響較小,而（ér）接地電路形成的環流對幹（gàn）擾影響較大,因而采（cǎi）用一（yī）點接地,即將電源開關電（diàn）流回路 (中的幾個器件的地線都連到（dào）接（jiē）地腳上,輸出整流器電流回路的幾個器件的地線也同（tóng）樣接到（dào）相應的（de）濾（lǜ）波電容的接地腳上,這樣電源工作（zuò）較穩定,不（bú）易（yì）自激（jī）.做不到單點時（shí）,在共地處接兩二極管或一小電阻,其實接在比較集中的一塊銅箔（bó）處就可以.

2. 盡量加粗接地線

   若接地線很細,接地（dì）電位則隨（suí）電流的變化而變化,致使電子設備的定（dìng）時信號電平不穩,抗噪聲性能變壞,因此要確保每一個大電流的接（jiē）地端采用盡量短而（ér）寬（kuān）的印製線,盡（jìn）量加寬電源、地線（xiàn）寬度,最好是地線比電源線寬,它們的關係是:地線>電（diàn）源線>信號線,如有可能,接地線的寬度應大於3mm,也可用（yòng）大麵積銅層作地線用,在印製板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用.

進行（háng）全局布線的時候,還須遵循以下原則（zé）:

(1).布線方向:從焊接麵看,元件（jiàn）的排列方位盡可能（néng）保持與原理圖相一致,布線方向最好與電路圖走線方向相一（yī）致,因生產過程中通常需要在焊接麵進行（háng）各種參數的（de）檢測,故這（zhè）樣做便於（yú）生產中的檢（jiǎn）查,調試及檢修(注:指在滿（mǎn）足電路性能及整機安裝（zhuāng）與麵板布局要求的前提（tí）下).

(2).設計布線圖時走線盡（jìn）量少拐彎,印刷弧上的線寬不要突變,導線拐角應≥90度（dù）,力求線條簡單（dān）明了.

(3).印刷電路中不（bú）允許有交叉電路,對於可能（néng）交叉的線條,可以用“鑽”、“繞”兩種辦法解決.即讓某引線從別的電阻、電容（róng）、三（sān）極管腳下的空隙處“鑽（zuàn）”過（guò）去,或從可能交叉的某條引線的一（yī）端“繞”過去,在特殊情況下（xià）如何電路很複雜,為簡化設（shè）計也允許用導線跨接,解決交叉電路問題.因采用單麵板,直插元（yuán）件位於top麵,表貼器件位於bottom麵,所以在布局的時候直插器件可與表貼器件交疊,但要避免焊盤重疊（dié）.

3．輸入地與輸出地

   本（běn）開關電源中（zhōng）為低壓的DC-DC,欲將輸出電壓反饋回變壓器的初級,兩邊的電（diàn）路應有（yǒu）共同的參考地,所以在對兩邊的地線分別鋪（pù）銅之後（hòu）,還要連接在一起,形成共同的地.

五、檢查

   布線設計完成後,需認真（zhēn）檢查布線設計是否符合設計者所製定的規則,同時也需確認所製定的（de）規則是否符合（hé）印製板生產工藝的需求,一般檢查線與線、線與元件焊盤、線與（yǔ）貫通孔、元件（jiàn）焊盤與貫通孔、貫通孔與貫通孔之（zhī）間（jiān）的（de）距離是否合理,是否滿足生產要求（qiú）. 電源（yuán）線和地線的寬（kuān）度是否合適,在（zài）PCB中是否還有能讓地（dì）線加寬的地方.

注意: 有些錯（cuò）誤可以忽略,例如有些（xiē）接插件的Outline的一部分放在（zài）了板框外,檢查間距時會（huì）出錯;另外每次修改過走線和過孔（kǒng）之後,都要重新覆銅一次（cì）.

六、複查

   根據“PCB檢查表”,內容包括設計規則,層定義、線寬、間距、焊盤、過孔設置,還（hái）要重點複查器件布局的合理性,電源、地線網絡的走線,高速時鍾網絡的（de）走線與屏蔽,去（qù）耦電容的擺放和連接等.

七、設計輸出

輸（shū）出光繪文件的注意事項:

a. 需要輸出的層有布線層(底層) 、絲印層(包括（kuò）頂層絲印、底（dǐ）層絲印)、阻焊層(底（dǐ）層阻焊（hàn）)、鑽孔（kǒng）層(底層（céng）),另外還要生成（chéng）鑽孔文件(NC Drill)

b. 設置絲印層的Layer時,不要選擇（zé）Part Type,選擇頂層（céng）(底層)和絲印層的Outline、Text、Line

c. 在設置每層的Layer時,將Board Outline選（xuǎn）上,設置絲印層（céng）的Layer時,不要（yào）選擇Part Type,選擇頂層(底層)和絲印（yìn）層的Outline、Text、Line.

d. 生成鑽孔文件時,使用PowerPCB的缺省設置（zhì）,不要作任何改動。