分析PCB開關電源設計中電源不穩(wěn)定的原因

在任何開關電源設計中，PCB的物理設計是最后一個環(huán)節(jié)。如果設計方法不正確，PCB可能會輻射過多的電磁干擾，導致電源不穩(wěn)定。每個步驟分析都需要以下幾點：

1。從原理圖到PCB設計過程構建組件參數 - >輸入原理網表 - >設計參數設置 - >手動布局 - >手動接線 - >驗證設計 - >查看 - > CAM輸出。

2。設置相鄰導體間距的參數必須滿足電氣安全要求，并且為了便于操作和生產，間距應盡可能寬。最小間距應至少適合承受的電壓。當布線密度低時，可以適當地增加信號線的間隔。高低電平的信號線應盡可能短，并應增加間距。將走線間距設置為8密耳。

從焊盤邊緣到電路板邊緣的距離大于1mm，這樣可以避免焊盤在加工過程中出現缺陷。當連接到焊盤的跡線較薄時，焊盤和跡線之間的連接被設計成水滴形狀。這樣做的優(yōu)點是焊盤不易剝落，但跡線不易與焊盤斷開。

3。元件布局實踐證明，即使電路原理圖設計正確且印刷電路板設計不當，也會對電子設備的可靠性產生不利影響。例如，如果印刷電路板的兩條細平行線靠近在一起，將形成信號波形的延遲，并且在傳輸線的末端將形成反射噪聲;由電源和接地線不一致引起的干擾會導致產品性能下降，因此在設計印刷電路板時，應注意使用正確的方法。每個開關電源有四個電流回路：

（1），電源開關交流電路

（2）輸出整流電路

（3），輸入信號源電流環(huán)

（4）輸出負載電流環(huán)路輸入環(huán)路通過近似直流電流對輸入電容充電。濾波電容主要用作寬帶儲能;類似地，輸出濾波電容器也用于存儲來自輸出整流器的高頻能量。同時，消除了輸出負載電路的DC能量。因此，輸入和輸出濾波電容的端子非常重要。輸入和輸出電流回路應僅從濾波電容的端子連接到電源;如果輸入/輸出回路和電源開關/整流器回路之間的連接不能連接到電容器端子直接連接，并且AC能量通過輸入或輸出濾波器電容器輻射到環(huán)境中。電源開關和整流器的交流電路的交流電路包含高輪廓梯形電流。這些電流的諧波分量非常高。頻率遠高于開關的基頻。峰值幅度最高可達連續(xù)輸入/輸出直流電流幅度的5倍。過渡時間通常約為50ns。這兩個環(huán)路最容易受到電磁干擾，因此這些交流環(huán)路必須放在電源中的其他走線之前。每個回路的三個主要部件是濾波電容器，電源開關或整流器，電感器或變壓器。相鄰放置并調整組件位置，使它們之間的電流路徑盡可能短。建立開關電源布局的最佳方法與其電氣設計類似。最佳設計流程如下：

放置變壓器

設計電源開關電流環(huán)

設計輸出整流器電流環(huán)

連接到交流電源電路的控制電路

設計輸入電流源環(huán)路和輸入濾波器設計輸出負載環(huán)路和輸出濾波器根據電路的功能單元，在布置電路的所有組件時應滿足以下原則：

（1）首先考慮PCB尺寸。

當PCB尺寸太大時，印刷線條很長，阻抗增大，抗噪聲能力降低，成本也增加;如果尺寸太小，散熱不好，相鄰的線路容易受到干擾。板的最佳形狀為矩形，縱橫比為3：2或4：3。電路板邊緣的元件距離電路板邊緣一般不小于2mm。

（2）考慮放置器件時未來的焊接，不要太密集。

（3）以每個功能電路的核心部件為中心并圍繞它進行排列。元件應均勻，整齊，緊湊地布置在PCB上，以最大限度地減少和縮短元件之間的引線和連接。去耦電容盡可能接近器件的VCC。

（4）對于工作在高頻的電路，應考慮元件之間的分布參數。通常，電路應盡可能平行布置。通過這種方式，它不僅美觀，而且易于焊接，易于批量生產。

（5）根據電路的流動布置每個功能電路單元的位置，使布局便于信號循環(huán)并使信號盡可能保持一致。

（6）布局的第一個原則是確保布線的布線速率。移動設備時要注意飛線的連接，并將設備與連接關系放在一起。

（7）盡可能減少環(huán)路面積抑制開關電源的輻射干擾。

4。接線開關電源包含高頻信號。 PCB上的任何印刷電路都可以用作天線。印刷電路的長度和寬度將影響其阻抗和電感，從而影響頻率響應。即使通過DC信號的印刷線也可以耦合到來自相鄰印刷線的RF信號并引起電路問題（甚至再次輻射干擾信號）。因此，所有通過交流電的走線應設計得盡可能短而寬，這意味著連接到走線并連接到其他電源線的所有元件必須放置得非常接近。跡線的長度與其所呈現的電感和阻抗成比例，并且寬度與跡線的電感和阻抗成反比。長度反映了印刷線的響應波長。長度越長，印刷線可以傳輸和接收電磁波的頻率越低，并且它輻射更多的RF能量。根據印刷電路板的電流，嘗試增加電源線的寬度并減小回路電阻。同時，電源線和地線的方向與電流方向一致，有助于提高抗噪能力。接地是開關電源的四個電流回路的基礎分支。它作為電路的共同參考點起著重要作用。這是控制干擾的重要方法。因此，應仔細考慮接地線在布局中的位置。混合各種接地會導致電源運行不穩(wěn)定。注意地線設計中的以下幾點：

5。正確選擇單點接地。一般來說，濾波電容的公共側應該是唯一的連接點，其他接地點耦合到大電流的AC地。同級電路的接地點應盡可能接近，電流電路的電源濾波電容也應連接到本級的接地點，主要考慮回流的電流。電路各部分的接地發(fā)生變化，因為實際流動的線路阻抗會引起電路各部分的地電位變化引入干擾。在這種開關電源中，其布線和器件之間的電感影響較小，接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大，因此采用少量接地，即功率開關電流環(huán)（接地的幾個設備接地）連接到接地引腳，輸出整流電流回路的幾個設備的接地也連接到相應的濾波電容的接地引腳，使電源工作穩(wěn)定而不是容易自激。連接兩個二極管或一個小電阻，實際上它可以連接到相對集中的銅箔上。

6。如果接地線盡可能厚，則接地電位隨電流的變化而變化，這導致電子裝置的定時信號電平不穩(wěn)定并且抗噪聲性能惡化。因此，確保每個大電流的接地。使用盡可能短而寬的印刷線，盡量加寬電源，地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關系是：地線>電源線>信號線，如果可能的話，地線寬度應大于3毫米。它也可以用作大面積銅的地線。未在印刷電路板上使用的地方作為地面連接到地面。

執(zhí)行全局布線時，還必須遵循以下原則：

（1），布線方向：從焊接面，利用示意圖盡可能保持元件的布置方向，并且布線方向優(yōu)選地與電路圖的布線方向一致，因為在生產過程中通常需要在焊接表面上的各種參數。檢測，方便生產中的檢查，調試和維修（注：參考電路性能和機器安裝要求以及面板布局要求）。

（ 2）在設計接線圖時，應盡可能少地轉動走線，并且印刷弧上的線寬不應突然。電線的角應≥90度，線應簡單明了。

（3）印刷電路不允許交叉電路。對于可能交叉的線，可以通過“鉆孔”或“纏繞”來解決。也就是說，引線從其他電阻器，電容器和三極管下方的間隙“鉆出”，或者從可能穿過的引線的一端“受傷”。在特殊情況下，電路很復雜，可以簡化設計。使用導線橋接來解決交叉電路問題。由于單個面板，直列式部件位于頂部表面上，而表面安裝裝置位于底部表面上。因此，在線設備可以在布局期間與表面貼裝器件重疊，但應避免焊盤重疊。

（4）輸入接地和輸出接地DC-DC開關電源的電壓是低電壓。為了將輸出電壓反饋回變壓器的初級，兩側的電路應具有公共參考地。因此，在兩側的銅線分別用銅鋪設后，也連接在一起形成一個共地。

（5）檢查線路設計完成后，有必要仔細檢查接線設計是否符合設計人員規(guī)定的規(guī)則，并確認既定規(guī)則是否符合印刷電路板生產工藝的要求，并一般檢查線路和電線，電線和元件焊接。盤，線和通孔，元件墊和通孔，通孔和通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產要求。電源線和接地線的寬度是否合適？ PCB中是否有地方可以加寬地線？注意：某些錯誤可以忽略。例如，一些連接器的輪廓放置在板框架外部，并且在檢查間距時檢測到錯誤。此外，每次修改走線和過孔時，銅都會被重新復制一次。

7。根據“PCB檢查表”，內容包括設計規(guī)則，層次定義，線寬，間距，焊盤，通孔設置，還重點審查設備布局，電源，地面網絡路由，高速跟蹤和屏蔽的合理性。時鐘網絡，去耦電容的布局和連接等。

8。設計輸出照明文件的注意事項：

（1）要輸出的層有布線層（底層），絲網層（包括頂部絲網印刷，底部絲網印刷），焊接掩模（底部焊料）掩模），鉆孔圖層（底層），還生成鉆孔文件（NCDrill）。

（2）設置絲網圖層的圖層時，不要選擇PartType，選擇“圖形”，“文本”，“線條”的頂層（底層）和絲網圖層。設置每個圖層的圖層時，選擇Board Outline，設置絲印圖層的圖層，不要選擇零件類型，選擇Outline，Text，Line.d的頂部（底部）和絲網圖層。創(chuàng)建鉆取文件時，請使用Power PCB的默認設置，不要進行任何更改。