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开关电源PCB规划关键

在开关电源设计中,PCB设计是非常关键的一步,它对电源的性能,EMC要求,可靠性,可生产性都影响很大。随着电子技术的发展,开关电源的体积越来越小,工作频率也越来越高,内部器件的密集度也越来越高,这

  在开关电源规划中,PCB规划是十分要害的一步,它对电源的功用,EMC要求,可靠性,可出产性都影响很大。跟着电子技术的开展,开关电源的体积越来越小,作业频率也越来越高,内部器材的密布度也越来越高,这对PCB布局布线的抗搅扰要求也越来越严,合理的,科学的PCB规划会让你的作业事半功倍。

  1、布局要求

  PCB布局是比较考究的,不是说随意放上去,挤得下就完事的。一般PCB布局要遵从几点:

  (1)布局的首要准则是保证布线的布通率,移动器材时留意飞线的衔接,把有连线联系的器材放在一同。

  (2)以每个功用电路的中心元件为中心,环绕它来进行布局。元器材应均匀、 规整、紧凑地摆放在PCB电路板上,这样,不光漂亮,并且装焊简单,易于批量出产。尽量削减和缩短各元器材之间的引线和衔接;振荡电路,滤波去耦电容要紧接近IC,地线要短,如图1所示。

    

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  图1

  (3)放置器材时要考虑今后的焊接和修理,两个高度高的元件之间尽量防止放置低矮的元件,如图2所示,这样不利于出产和保护,元件之间最好也不要太密布,可是跟着电子技术的开展,现在的开关电源越来越趋于小型化和紧凑化,所以就需求平衡好两者之间的度了,既要便利焊装与保护又要统筹紧凑。还有便是要考虑实践的贴片加工才能,依照IPC-A-610E的规范,考虑元件旁边面偏移的精度,否则简单形成元件之间连锡,乃至因为元件偏移形成元件间隔不行。

    

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  图2

  (4)光电耦合器材和电流采样电路,简单被搅扰,应远离强电场、强磁场器材,如大电流走线、变压器、高电位脉动器材等。

  (5)元件布局的时分,要优先考虑高频脉冲电流和大电流的环路面积,尽可能地减小,以按捺开关电源的辐射搅扰。如图3所示的几个电流环路是需求特别留意的。

    

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  图3

  (6)高频脉冲电流流过的区域要远离输入、输出端子,使噪声源远离输入、输出口,有利于进步EMC功用。

    

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  图4

  如图4所示,左图变压器离进口太近,电磁的辐射能量直接作用于输入输出端,因而,EMI测验不通过。改为右边的方法后,变压器远离进口,电磁的辐射能量距输入输出端间隔加大,作用改进显着,EMI测验通过。

  (7)发热元件(如变压器,开关管,整流二极管等)的布局要考虑散热的作用,使得整个电源的散热均匀,对温度灵敏的要害元器材(如%&&&&&%)应远离发热元件,发热较大的器材应与电解%&&&&&%等影响整机寿数的器材有必定的间隔。

  (8)布板时要留意底面元件的高度。例如关于灌封的DC-DC电源模块来说,因为DC-DC模块自身体积就比较小,假如底面元件的高度四边不平衡,灌封的时分会呈现两头引脚高度一边高一边低的现象。

    

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  图5

  (9)布局的时分要留意操控引脚的抗静电才能,相应的电路元件之间的间隔要满意,例如Ctrl引脚(低电平关断),其电路不像输入、输出端那样具有%&&&&&%滤波,所以抗静电才能是整个模块最弱的,必定要保证有满意的安全间隔。

  2、走线准则

  (1)小信号走线要尽量远离大电流走线,两者不要接近平行走线,假如无法防止平行的话,也要摆开满意的间隔,防止小信号走线遭到搅扰。

    

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  图6

  (2)要害的小信号走线,如电流取样信号线和光耦反应的信号线等,尽量减小回路围住的面积。

    

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  图7

  (3)相邻之间不该有过长的平行线(当然同一电流回路平行走线是能够的),上基层走线尽量选用穿插用笔直方法,走线不要忽然角落(即:≤90°),直角、锐角在高频电路中会影响电气功用。

    

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  图8

  (4)功率回路和操控回路要留意分隔,选用单点接地方法,如图9和图10所示。

  初级PWM操控IC周围的元件接地接至IC的地脚,再从地脚引出至大电容地线,然后与功率地衔接。次级TL431周围的元件接地至TL431的3脚,再与输出%&&&&&%的地衔接。多个%&&&&&%的状况,选用并联单点接地的方法。

    

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  图9

    

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  图10

  (5)高频元件(如变压器、电感)底下第一层不要走线,高频元件正对着的底面也最好不要放置元件,假如无法防止,能够选用屏蔽的方法,例如高频元件在Top层,操控电路正对着在Bottom层,留意要在高频元件地点的第一层敷铜进行屏蔽,如图11所示,这样能够防止高频噪声辐射搅扰究竟面的操控电路。

    

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  图11

  (6)滤波电容的走线要特别留意,如图12,左图有一部分纹波&噪声会通过走线出去,右图滤波作用会好许多,纹波&噪声通过滤波%&&&&&%被彻底滤掉。

    

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  图12

  (7)电源线、地线尽量接近,以减小所围住的面积,然后减小外界磁场环路切开发生的电磁搅扰,一起削减环路对外的电磁辐射。电源线、地线的布线尽量加粗缩短,以减小环路电阻,转角要油滑,线宽不要骤变,如图13所示。

    

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  图13

  (8)发热大的元件(如TO-252封装的MOS管)下能够大面积裸铜,用于散热,这样能够进步元件的可靠性。功率走线铜箔较窄处能够裸铜用于加锡以保证大电流的流转。

  3、安规间隔与工艺要求

  (1)电气空隙:两相邻导体或一个导体与相邻导电机壳外表的沿空气丈量的最短间隔。爬电间隔:两相邻导体或一个导体与相邻导电机壳外表的沿着绝缘外表丈量的最短间隔。假如碰到模块PCB空间有限,爬电间隔不行,能够选用开槽的方法,如图14所示,在光耦处开阻隔槽以满意初次级杰出阻隔。一般最小开槽宽度为1mm,假如要开更小的槽(如0.6mm,0.8mm),一般需求特别阐明,找加工精度高的PCB厂家才行,当然费用也会添加。

    

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  图14

  一般电源模块电压与最小爬电间隔的联系可参照下表:

    

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  (2)元件到板边的间隔要求。坐落电路板边际的元器材,离电路板边际一般不少于2mm,关于像10W以下的小型化DC-DC模块,因为元件体积和高度比较小,并且输入输出电压不高,为了满意小型化的要求,也要至少留有0.5mm以上的间隔。大面积铜箔到外框的间隔应至少保证0.20mm以上的间隔,因在铣外形时简单铣到铜箔上形成铜箔翘起及由其引起焊剂掉落问题。

  (3)若走线入圆焊盘或过孔的宽度较圆焊盘的直径小时,则需加泪滴,加强吸附力,防止焊盘或过孔掉落。

    

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  图15

  (4)SMD器材的引脚与大面积铜箔衔接时,要进行热阻隔处理,否则过回流焊的时分因为散热快,简单形成虚焊或脱焊。

    

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  图16

  (5)PCB拼板的时分,要考虑分板可行性,保证元件离板边的间隔要满意,一起还要考虑分板的应力会不会形成元件的脱翘。如图17所示,能够恰当的开槽,减小分断PCB时的应力,元件A摆放的方位与V-CUT槽方向平行,分断时应力比元件B小;元件C比元件A远离V-CUT槽,分断时应力也比元件A的小。

    

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  图17

  当然,以上仅仅个人总结的一些开关电源PCB规划的经历,还有许多细节上的或其他方面的常识需求留意的,最终我想说的是PCB规划,除了准则要求和经历常识之外,最重要的一点是仔细再仔细,查看再查看。

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