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開關電源PCB設計相關經驗分享

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年05月25日  

各位電子工程師想必都了解,設計時,pCB設計占據很重要的地位。以電源為例,pCB設計會直接影響電源的EMC性能、輸出噪聲、抗干擾能力,甚至是基本功能。電源部分的pCB布線與其他硬件稍有不同,該如何設計?本文為你揭秘。


間距


關于高電壓產品必須要考慮到線間距。能滿足相應安規要求的間距當然最好,但很多時候關于不要認證,或沒法滿足認證的產品,間距就由相關經驗決定了。多寬的間距合適?必須考慮生產量否保證板面清潔、環境濕度、其他污染等情況如何。


關于市電輸入,即使能保證板面清潔、密封,MOS管漏源極間接近600V,小于1mm事實上也比較危險了!


板邊緣的元器件


在pCB邊沿的貼片電容或其他易損壞的器件,在放置時必須考慮pCB分板方向,如圖是各種放置方法時,器件受到的應力大小比較。


圖1分板時器件受到的應力比較


由此可以看出,器件應遠離并平行于分板邊緣,否則可能因為pCB分板導致元器件受損。


環路面積


無論是輸入或是輸出、功率環路或信號環路,應盡可能的小。功率環路發射電磁場,將導致較差的EMI特性或較大的輸出噪聲;同時,若被控制環接收,很可能引起異常。


另一方面,若功率環路面積較大,其等效寄生電感也會增大,可能新增漏極噪聲尖峰。


關鍵走線


因di/dt用途,必須減小動態節點處電感,否則會出現較強的電磁場。若要減小電感,重要是要減少布線的長度,新增寬度用途較小。


信號線


關于整個控制部分,布線時應考慮將其遠離功率部分。若因其他限制兩者靠得較近,不應將控制線與功率線并行,否則可能導致電源工作異常、震蕩。


另外若控制線很長,應該將來回的一對線的靠近,或將二者置于pCB的兩個面上并正對著,從而減小其環路面積,防止被功率部分的電磁場干擾。如圖2說明了A、B兩點間,正確與錯誤的信號線布線方法。


圖2正確與錯誤的信號線布線方法。


當然,信號線上應盡量減少用于連接的過孔!


鋪銅


有的時候鋪銅是完全沒有必要的,甚至應該防止。若銅面積足夠大且其電壓不斷變化,一方面它可能作為天線,向周圍輻射電磁波;另一方面它又很容易拾起噪聲。


通常只允許在靜態節點鋪銅,例如對輸出端“地”節點鋪銅,可以等效新增輸出電容,濾除一些噪聲信號。


映射


關于一個回路,可以在pCB的一面進行鋪銅,它會根據pCB另一面的布線自動映射,使這個回路的阻抗最小。這就好像一組不同阻抗值的阻抗并聯,電流會自動選擇阻抗最小的路徑流過相同。


事實上可以在控制部分電路的一面進行連線,而在另一面對“地”節點鋪銅,兩個面間通過過孔連接。


輸出整流二極管


輸出整流二極管若離輸出端比較近,不應將其與輸出平行放置。否則二極管處出現的電磁場將穿入電源輸出與外接負載形成的環路,使測得的輸出噪聲增大。


圖3正確與錯誤的二極管放置方向


地線


地線的布線必須非常小心,否則可能引起EMS、EMI性能和其他性能變差。關于開關電源pCB的“地”,至少做到以下兩點:(1)功率地和信號地,應單點連接;(2)不應有存在地環路。


Y電容


輸入輸出經常會接入Y電容,有時因某些原因,可能無法將其掛在輸入電容地上,此時切記,一定要接在靜態節點,如高壓端。


其他


實際電源pCB設計時,可能還要考慮其他一些問題,例如“壓敏電阻應緊靠被保護電路”、“共模電感應新增放電齒”、“芯片VCC供電處應新增瓷片電容”等等。另外,是否需特殊處理,如銅箔、屏蔽等,在pCB設計階段也是要考慮的。


有時往往會遇到多個原則相互沖突的情況,滿足其中一個就滿足不了其他的,這是要工程師應用已有的相關經驗,根據實際項目需求,確定最合適的布線了!


總結


為打造高穩定的產品,在硬件設計中要的設計細節是很多的,本文僅是介紹硬件中的最為常見的電源設計。為使整體產品或系統擁有穩定、可靠的供電,大部分工程師會選擇電源模塊作為系統供電的基礎。


致遠電子自主研發、生產的隔離電源模塊已有近20年的行業積累,目前產品具有寬輸入電壓范圍,隔離1000VDC、1500VDC、3000VDC及6000VDC等多個系列,封裝形式多樣,兼容國際標準的SIp、DIp等封裝。同時致遠電子為保證電源產品性能建設了行業內一流的測試實驗室,配備最先進、齊全的測試設備,全系列隔離DC-DC電源通過完整的EMC測試,靜電抗擾度高達4KV、浪涌抗擾度高達2KV,可應用于絕大部分復雜惡劣的工業現場,為用戶供應穩定、可靠的電源隔離解決方法。


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