開關(guān)電源PCB布局對于電路有著怎樣的要求

PCB布局是開關(guān)電源研發(fā)過程中的極為重要的步驟和環(huán)節(jié)，關(guān)系到開關(guān)電源能否正常工作，生產(chǎn)是否順利進(jìn)行，使用是否安全等問題。

開關(guān)電源PCB布局比起其它產(chǎn)品PCB布局來說都要復(fù)雜和困難，要考慮的問題要多得多，歸納起來主要有以下幾個方面的要求：

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PCB布局

2018-7-31 15:21 上傳

一。電路要求

1.PCB中的元器件必須與BOM一致。

2.線條走線必須符合原理圖，利用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)可以輕做到這一點(diǎn)。

3.線條寬度必須滿足最大電流要求，不得小于1mm/1A，以保證線條溫升不超過℃。為了減少電壓降有時還必須加寬寬度。

4.為了減小電壓降和損耗，視需要在線條上鍍錫二.EMI要求1.初級電路與次級電路分開布置。

2.交流回路， PFC、PWM回路，整流回路，，濾波回路這四大回路包圍的面積越小越好，即要求：

（1）各回路中功率組件彼此盡量靠近。

（2）功率線條（兩交流線之間、正線與地線之間）彼此靠近。

3.控制IC要盡量靠近被控制的MOS管。

4.控制IC周邊的組件盡量靠近IC布置，尤其是直接與IC連接的組件， 如RT、CT電阻電容， 校正網(wǎng)絡(luò)電阻電容， 應(yīng)盡量在IC對應(yīng)PIN附近布置。 RT、CT 到PIN線條要盡量短。 線路板打樣 https://www.jiepei.com/ 可以咨詢捷配，捷配PCB是一家線路板工廠。

5.PFC、PWM回路要單點(diǎn)接地。 IC周邊組件的地先接到IC地再接到MOS的S極， 再由S極引到PFC電容負(fù)極。

6.反饋線條應(yīng)盡量遠(yuǎn)離干擾源（ 如PFC電感、 PFC二極管引線、 MOS管）的引線，不得與它們靠近平行走線。

7.數(shù)字地與仿真地要分開， 地線之間的間距應(yīng)滿足一定要求。

8.偏置繞阻的回線要直接接到PFC電容的負(fù)極。

9.功率線條（流過大電流的線條）要短而寬， 以降低損耗， 提高響應(yīng)頻率， 降低接收干擾頻譜范圍。。

10.在X電容、PFC電容引腳附近，銅條要收窄，以便充分利用電容濾波。

11.輸出濾波電容必要時可用兩個小電容并聯(lián)以減少ESR。

12.PFC MOS和D、PWM MOS散熱片必須接一次地，以減少共模干擾。

13.二次側(cè)的散熱片、變壓器外屏蔽應(yīng)接二次地。

下面我們以一塊圖形處理PCB為例

在擺放好去耦電容后，可以看出所有外接口安裝在PCB的下方，外接電源也不例外，從實(shí)用性的角度出發(fā)，一般我們選擇把外接電源方向和接口方向擺放一只。通常是放在PCB板的左下角或者右下角。在圖中我們把外接電源放置在PCB的右下角（1號區(qū)域）。在PCB的右面我們劃分好了電源區(qū)域（上圖的1.2.3.4.5.6.7）。一般各級電源擺放順序是按照圖示來一直排列上去，可以減少總線的長度，電壓也是逐級遞減的，12V-5V-3V。

比如給CPU供電的電源，可以擺放在這個6號區(qū)域。給DDR供電的可以放在這個7號區(qū)域。

電源和供電元件直接遵循就近原則。有時候沒辦法離得很近，也沒有關(guān)系，可以飛線。但是一般不建議這么做。

以下是開關(guān)電源PCB布局對EMI的要求

1.開關(guān)電源的EMI源

開關(guān)電源的EMI干擾源集中體現(xiàn)在功率開關(guān)管、整流二極管、高頻變壓器等，外部環(huán)境對開關(guān)電源的干擾主要來自電網(wǎng)的抖動、雷擊、外界輻射等。

（1）功率開關(guān)管

功率開關(guān)管工作在On-Off快速循環(huán)轉(zhuǎn)換的狀態(tài)，dv/dt和di/dt都在急劇變換，因此，功率開關(guān)管既是電場耦合的主要干擾源，也是磁場耦合的主要干擾源。

（2）高頻變壓器

高頻變壓器的EMI來源集中體現(xiàn)在漏感對應(yīng)的di/dt快速循環(huán)變換，因此高頻變壓器是磁場耦合的重要干擾源。

（3）整流二極管

整流二極管的EMI來源集中體現(xiàn)在反向恢復(fù)特性上，反向恢復(fù)電流的斷續(xù)點(diǎn)會在電感（引線電感、雜散電感等）產(chǎn)生高 dv/dt，從而導(dǎo)致強(qiáng)電磁干擾。

（4）PCB

準(zhǔn)確的說，PCB是上述干擾源的耦合通道，PCB的優(yōu)劣，直接對應(yīng)著對上 述EMI源抑制的好壞。

2.開關(guān)電源EMI傳輸通道分類

（一） 傳導(dǎo)干擾的傳輸通道

（1）容性耦合

（2）感性耦合

（3）電阻耦合

a.公共電源內(nèi)阻產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合

b.公共地線阻抗產(chǎn)生的 電阻傳導(dǎo)耦合

c.公共線路阻抗產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合

（二）。輻射干擾的傳輸通道

（1）在開關(guān) 電源中，能構(gòu)成輻射干擾源的元器件和導(dǎo)線均可以被假設(shè)為天線，從而利用電偶極子和磁偶極子理論進(jìn)行分析;二極管、電容、功率開關(guān)管可以假設(shè)為電偶極子，電 感線圈可以假設(shè)為磁偶極子;（2）沒有屏蔽體時，電偶極子、磁偶極子，產(chǎn)生的電磁波傳輸通道為空氣（可以假設(shè)為自由空間）;（3）有屏蔽體時，考慮屏蔽體的縫隙和孔洞，按照泄漏場的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析處理。

3.開關(guān)電源EMI抑制的9大措施

在開關(guān)電源中，電壓和電流的突變，即高dv/dt和di/dt，是其EMI產(chǎn)生的主要原因。實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的EMC設(shè)計(jì)技術(shù)措施主要基于以下兩點(diǎn)：

（1）盡量減小電源本身所產(chǎn)生的干擾源，利用抑制干擾的方法或產(chǎn)生干擾較小的元器件和電路，并進(jìn)行合理布局;（2）通過接地、濾波、屏蔽 等技術(shù)抑制電源的EMI以及提高電源的EMS。

分開來講，9大措施分別是：

（1）減小dv/dt和di/dt（降 低其峰值、減緩其斜率）（2）壓敏電阻的合理應(yīng)用，以降低浪涌電壓（3）阻尼網(wǎng)絡(luò)抑制過沖

（4）采用軟恢復(fù)特 性的二極管，以降低高頻段EMI（5）有源功率因數(shù)校正，以及其他諧波校正技術(shù)（6）采用合理設(shè)計(jì)的電源線濾波器（7）合理的接地處理

（8）有效的屏蔽措施

（9）合理的PCB設(shè)計(jì)

4.高頻變壓器漏感的控制

高頻變壓器的漏感是功率開關(guān)管關(guān)斷尖峰電壓產(chǎn)生的重要原因之一，因此，控制漏感成為解決高頻變壓器帶來的EMI首要面對的問題。

減小高頻變壓器漏感兩個切入點(diǎn)：電氣設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)！

（1）選擇合適磁芯，降低漏感。漏感與原邊匝數(shù)平方成正比，減小匝數(shù)會顯著降低漏感。

（2）減小繞組間的絕緣層。現(xiàn)在有一種稱之為“黃金薄膜”的絕緣層，厚度20～100um，脈沖擊穿電壓可達(dá)幾千伏。

（3）增加繞組間耦合度，減小漏感。

5.高頻變壓器的屏蔽

為防止高頻變壓器的漏磁對周圍電路產(chǎn)生干擾，可采用屏 蔽帶來屏蔽高頻變壓器的漏磁場。屏蔽帶一般由銅箔制作，繞在變壓器外部一周，并進(jìn)行接地，屏蔽帶相對于漏磁場來說是一個短路環(huán)，從而抑制漏磁場更大范圍的 泄漏。

高頻變壓器，磁心之間和繞組之間會發(fā)生相對位移，從而導(dǎo)致高頻變壓器在工作中產(chǎn)生噪聲（嘯叫、振動）。為防止該噪聲，需要對變 壓器采取加固措施：

（1）用環(huán)氧樹脂將磁心（例如EE、EI磁心）的三個接觸面進(jìn)行粘接，抑制相對位移的產(chǎn)生;（2）用“玻璃珠”（Glass beads）膠合劑粘結(jié)磁心，效果更好。