大牛獨創:LED開關電源PCB板設計七步絕招
發布時間:2013-08-26 來源:電子元件技術網論壇 責任編輯:Cynthiali
【導讀】在開關電源設計中,如果PCB板設計不當會輻射過多電磁幹擾。《電子元件技術網》分享一工程師大牛總結出使電源工作穩定的PCB板設計七步絕招:通過對各個步驟中所需注意的事項進行分析,按步就章輕鬆做好PCB板設計!
一、從原理圖到PCB的設計流程建立元件參數->輸入原理網表->設計參數設置->手工布局->手工布線->驗證設計->複查->CAM輸出。
二、參(can)數(shu)設(she)置(zhi)相(xiang)鄰(lin)導(dao)線(xian)間(jian)距(ju)必(bi)須(xu)能(neng)滿(man)足(zu)電(dian)氣(qi)安(an)全(quan)要(yao)求(qiu),而(er)且(qie)為(wei)了(le)便(bian)於(yu)操(cao)作(zuo)和(he)生(sheng)產(chan),間(jian)距(ju)也(ye)應(ying)盡(jin)量(liang)寬(kuan)些(xie)。最(zui)小(xiao)間(jian)距(ju)至(zhi)少(shao)要(yao)能(neng)適(shi)合(he)承(cheng)受(shou)的(de)電(dian)壓(ya),在(zai)布(bu)線(xian)密(mi)度(du)較(jiao)低(di)時(shi),信(xin)號(hao)線(xian)的(de)間(jian)距(ju)可(ke)適(shi)當(dang)地(di)加(jia)大(da),對(dui)高(gao)、低電平懸殊的信號線應盡可能地短且加大間距,一般情況下將走線間距設為8mil。
焊盤內孔邊緣到印製板邊的距離要大於1mm,zheyangkeyibimianjiagongshidaozhihanpanquesun。dangyuhanpanlianjiedezouxianjiaoxishi,yaojianghanpanyuzouxianzhijiandelianjieshejichengshuidizhuang,zheyangdehaochushihanpanburongyiqipi,ershizouxianyuhanpanbuyiduankai。
三、元yuan器qi件jian布bu局ju實shi踐jian證zheng明ming,即ji使shi電dian路lu原yuan理li圖tu設she計ji正zheng確que,印yin製zhi電dian路lu板ban設she計ji不bu當dang,也ye會hui對dui電dian子zi設she備bei的de可ke靠kao性xing產chan生sheng不bu利li影ying響xiang。例li如ru,如ru果guo印yin製zhi板ban兩liang條tiao細xi平ping行xing線xian靠kao得de很hen近jin,則ze會hui形xing成cheng信xin號hao波bo形xing的de延yan遲chi,在zai傳chuan輸shu線xian的de終zhong端duan形xing成cheng反fan射she噪zao聲sheng;由於電源、地di線xian的de考kao慮lv不bu周zhou到dao而er引yin起qi的de幹gan擾rao,會hui使shi產chan品pin的de性xing能neng下xia降jiang,因yin此ci,在zai設she計ji印yin製zhi電dian路lu板ban的de時shi候hou,應ying注zhu意yi采cai用yong正zheng確que的de方fang法fa。每mei一yi個ge開kai關guan電dian源yuan都dou有you四si個ge電dian流liu回hui路lu:
(1)、電源開關交流回路
(2)、輸出整流交流回路
(3)、輸入信號源電流回路
(4)、輸出負載電流回路 輸入回路通過一個近似直流的電流對輸入電容充電,濾波電容主要起到一個寬帶儲能作用;類lei似si地di,輸shu出chu濾lv波bo電dian容rong也ye用yong來lai儲chu存cun來lai自zi輸shu出chu整zheng流liu器qi的de高gao頻pin能neng量liang,同tong時shi消xiao除chu輸shu出chu負fu載zai回hui路lu的de直zhi流liu能neng量liang。所suo以yi,輸shu入ru和he輸shu出chu濾lv波bo電dian容rong的de接jie線xian端duan十shi分fen重zhong要yao,輸shu入ru及ji輸shu出chu電dian流liu回hui路lu應ying分fen別bie隻zhi從cong濾lv波bo電dian容rong的de接jie線xian端duan連lian接jie到dao電dian源yuan;如果在輸入/輸出回路和電源開關/整(zheng)流(liu)回(hui)路(lu)之(zhi)間(jian)的(de)連(lian)接(jie)無(wu)法(fa)與(yu)電(dian)容(rong)的(de)接(jie)線(xian)端(duan)直(zhi)接(jie)相(xiang)連(lian),交(jiao)流(liu)能(neng)量(liang)將(jiang)由(you)輸(shu)入(ru)或(huo)輸(shu)出(chu)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)並(bing)輻(fu)射(she)到(dao)環(huan)境(jing)中(zhong)去(qu)。電(dian)源(yuan)開(kai)關(guan)交(jiao)流(liu)回(hui)路(lu)和(he)整(zheng)流(liu)器(qi)的(de)交(jiao)流(liu)回(hui)路(lu)包(bao)含(han)高(gao)幅(fu)梯(ti)形(xing)電(dian)流(liu),這(zhe)些(xie)電(dian)流(liu)中(zhong)諧(xie)波(bo)成(cheng)分(fen)很(hen)高(gao),其(qi)頻(pin)率(lv)遠(yuan)大(da)於(yu)開(kai)關(guan)基(ji)頻(pin),峰(feng)值(zhi)幅(fu)度(du)可(ke)高(gao)達(da)持(chi)續(xu)輸(shu)入(ru)/輸出直流電流幅度的5倍,過渡時間通常約為50ns。這兩個回路最容易產生電磁幹擾,因此必須在電源中其它印製線布線之前先布好這些交流回路,每個回路的三種主要的元件濾波電容、電源開關或整流器、電感或變壓器應彼此相鄰地進行放置,調整元件位置使它們之間的電流路徑盡可短。
建立開關電源布局的最好方法與其電氣設計相似,最佳設計流程如下:
- 放置變壓器
- 設計電源開關電流回路
- 設計輸出整流器電流回路
- 連接到交流電源電路的控製電路
- 設(she)計(ji)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)源(yuan)回(hui)路(lu)和(he)輸(shu)入(ru)濾(lv)波(bo)器(qi)設(she)計(ji)輸(shu)出(chu)負(fu)載(zai)回(hui)路(lu)和(he)輸(shu)出(chu)濾(lv)波(bo)器(qi)根(gen)據(ju)電(dian)路(lu)的(de)功(gong)能(neng)單(dan)元(yuan),對(dui)電(dian)路(lu)的(de)全(quan)部(bu)元(yuan)器(qi)件(jian)進(jin)行(xing)布(bu)局(ju)時(shi),要(yao)符(fu)合(he)以(yi)下(xia)原(yuan)則(ze):
(1)首先要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時,印製線條長,阻抗增加,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。電路板的最佳形狀矩形,長寬比為3:2或4:3,位於電路板邊緣的元器件,離電路板邊緣一般不小於2mm。
(2)放置器件時要考慮以後的焊接,不要太密集;
(3)以每個功能電路的核心元件為中心,圍繞它來進行布局。元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上,盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接,去耦電容盡量靠近器件的VCC。
(4)在zai高gao頻pin下xia工gong作zuo的de電dian路lu,要yao考kao慮lv元yuan器qi件jian之zhi間jian的de分fen布bu參can數shu。一yi般ban電dian路lu應ying盡jin可ke能neng使shi元yuan器qi件jian平ping行xing排pai列lie。這zhe樣yang,不bu但dan美mei觀guan,而er且qie裝zhuang焊han容rong易yi,易yi於yu批pi量liang生sheng產chan。
(5)按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置,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的布通率,移動器件時注意飛線的連接,把有連線關係的器件放在一起。
(7)盡可能地減小環路麵積,以抑製開關電源的輻射幹擾。
下頁內容:PCB地線設計注意點及檢查等事項
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四、布線開關電源中包含有高頻信號,PCB上(shang)任(ren)何(he)印(yin)製(zhi)線(xian)都(dou)可(ke)以(yi)起(qi)到(dao)天(tian)線(xian)的(de)作(zuo)用(yong),印(yin)製(zhi)線(xian)的(de)長(chang)度(du)和(he)寬(kuan)度(du)會(hui)影(ying)響(xiang)其(qi)阻(zu)抗(kang)和(he)感(gan)抗(kang),從(cong)而(er)影(ying)響(xiang)頻(pin)率(lv)響(xiang)應(ying)。即(ji)使(shi)是(shi)通(tong)過(guo)直(zhi)流(liu)信(xin)號(hao)的(de)印(yin)製(zhi)線(xian)也(ye)會(hui)從(cong)鄰(lin)近(jin)的(de)印(yin)製(zhi)線(xian)耦(ou)合(he)到(dao)射(she)頻(pin)信(xin)號(hao)並(bing)造(zao)成(cheng)電(dian)路(lu)問(wen)題(ti)(甚至再次輻射出幹擾信號)。因(yin)此(ci)應(ying)將(jiang)所(suo)有(you)通(tong)過(guo)交(jiao)流(liu)電(dian)流(liu)的(de)印(yin)製(zhi)線(xian)設(she)計(ji)得(de)盡(jin)可(ke)能(neng)短(duan)而(er)寬(kuan),這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)必(bi)須(xu)將(jiang)所(suo)有(you)連(lian)接(jie)到(dao)印(yin)製(zhi)線(xian)和(he)連(lian)接(jie)到(dao)其(qi)他(ta)電(dian)源(yuan)線(xian)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)放(fang)置(zhi)得(de)很(hen)近(jin)。印(yin)製(zhi)線(xian)的(de)長(chang)度(du)與(yu)其(qi)表(biao)現(xian)出(chu)的(de)電(dian)感(gan)量(liang)和(he)阻(zu)抗(kang)成(cheng)正(zheng)比(bi),而(er)寬(kuan)度(du)則(ze)與(yu)印(yin)製(zhi)線(xian)的(de)電(dian)感(gan)量(liang)和(he)阻(zu)抗(kang)成(cheng)反(fan)比(bi)。長(chang)度(du)反(fan)映(ying)出(chu)印(yin)製(zhi)線(xian)響(xiang)應(ying)的(de)波(bo)長(chang),長(chang)度(du)越(yue)長(chang),印(yin)製(zhi)線(xian)能(neng)發(fa)送(song)和(he)接(jie)收(shou)電(dian)磁(ci)波(bo)的(de)頻(pin)率(lv)越(yue)低(di),它(ta)就(jiu)能(neng)輻(fu)射(she)出(chu)更(geng)多(duo)的(de)射(she)頻(pin)能(neng)量(liang)。根(gen)據(ju)印(yin)製(zhi)線(xian)路(lu)板(ban)電(dian)流(liu)的(de)大(da)小(xiao),盡(jin)量(liang)加(jia)租(zu)電(dian)源(yuan)線(xian)寬(kuan)度(du),減(jian)少(shao)環(huan)路(lu)電(dian)阻(zu)。同(tong)時(shi)、使電源線、地(di)線(xian)的(de)走(zou)向(xiang)和(he)電(dian)流(liu)的(de)方(fang)向(xiang)一(yi)致(zhi),這(zhe)樣(yang)有(you)助(zhu)於(yu)增(zeng)強(qiang)抗(kang)噪(zao)聲(sheng)能(neng)力(li)。接(jie)地(di)是(shi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)四(si)個(ge)電(dian)流(liu)回(hui)路(lu)的(de)底(di)層(ceng)支(zhi)路(lu),作(zuo)為(wei)電(dian)路(lu)的(de)公(gong)共(gong)參(can)考(kao)點(dian)起(qi)著(zhe)很(hen)重(zhong)要(yao)的(de)作(zuo)用(yong),它(ta)是(shi)控(kong)製(zhi)幹(gan)擾(rao)的(de)重(zhong)要(yao)方(fang)法(fa)。因(yin)此(ci),在(zai)布(bu)局(ju)中(zhong)應(ying)仔(zai)細(xi)考(kao)慮(lv)接(jie)地(di)線(xian)的(de)放(fang)置(zhi),將(jiang)各(ge)種(zhong)接(jie)地(di)混(hun)合(he)會(hui)造(zao)成(cheng)電(dian)源(yuan)工(gong)作(zuo)不(bu)穩(wen)定(ding)。
在地線設計中應注意以下幾點:
1、正(zheng)確(que)選(xuan)擇(ze)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)通(tong)常(chang),濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)公(gong)共(gong)端(duan)應(ying)是(shi)其(qi)它(ta)的(de)接(jie)地(di)點(dian)耦(ou)合(he)到(dao)大(da)電(dian)流(liu)的(de)交(jiao)流(liu)地(di)的(de)唯(wei)一(yi)連(lian)接(jie)點(dian),同(tong)一(yi)級(ji)電(dian)路(lu)的(de)接(jie)地(di)點(dian)應(ying)盡(jin)量(liang)靠(kao)近(jin),並(bing)且(qie)本(ben)級(ji)電(dian)路(lu)的(de)電(dian)源(yuan)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)也(ye)應(ying)接(jie)在(zai)該(gai)級(ji)接(jie)地(di)點(dian)上(shang),主(zhu)要(yao)是(shi)考(kao)慮(lv)電(dian)路(lu)各(ge)部(bu)分(fen)回(hui)流(liu)到(dao)地(di)的(de)電(dian)流(liu)是(shi)變(bian)化(hua)的(de),因(yin)實(shi)際(ji)流(liu)過(guo)的(de)線(xian)路(lu)的(de)阻(zu)抗(kang)會(hui)導(dao)致(zhi)電(dian)路(lu)各(ge)部(bu)分(fen)地(di)電(dian)位(wei)的(de)變(bian)化(hua)而(er)引(yin)入(ru)幹(gan)擾(rao)。在(zai)本(ben)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)中(zhong),它(ta)的(de)布(bu)線(xian)和(he)器(qi)件(jian)間(jian)的(de)電(dian)感(gan)影(ying)響(xiang)較(jiao)小(xiao),而(er)接(jie)地(di)電(dian)路(lu)形(xing)成(cheng)的(de)環(huan)流(liu)對(dui)幹(gan)擾(rao)影(ying)響(xiang)較(jiao)大(da),因(yin)而(er)采(cai)用(yong)一(yi)點(dian)接(jie)地(di),即(ji)將(jiang)電(dian)源(yuan)開(kai)關(guan)電(dian)流(liu)回(hui)路(lu)(中zhong的de幾ji個ge器qi件jian的de地di線xian都dou連lian到dao接jie地di腳jiao上shang,輸shu出chu整zheng流liu器qi電dian流liu回hui路lu的de幾ji個ge器qi件jian的de地di線xian也ye同tong樣yang接jie到dao相xiang應ying的de濾lv波bo電dian容rong的de接jie地di腳jiao上shang,這zhe樣yang電dian源yuan工gong作zuo較jiao穩wen定ding,不bu易yi自zi激ji。做zuo不bu到dao單dan點dian時shi,在zai共gong地di處chu接jie兩liang二er極ji管guan或huo一yi小xiao電dian阻zu,其qi實shi接jie在zai比bi較jiao集ji中zhong的de一yi塊kuai銅tong箔bo處chu就jiu可ke以yi。
2、盡jin量liang加jia粗cu接jie地di線xian若ruo接jie地di線xian很hen細xi,接jie地di電dian位wei則ze隨sui電dian流liu的de變bian化hua而er變bian化hua,致zhi使shi電dian子zi設she備bei的de定ding時shi信xin號hao電dian平ping不bu穩wen,抗kang噪zao聲sheng性xing能neng變bian壞huai,因yin此ci要yao確que保bao每mei一yi個ge大da電dian流liu的de接jie地di端duan采cai用yong盡jin量liang短duan而er寬kuan的de印yin製zhi線xian,盡jin量liang加jia寬kuan電dian源yuan、地線寬度,最好是地線比電源線寬,它們的關係是:地線>電源線>信號線,如有可能,接地線的寬度應大於3mm,也可用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。進行全局布線的時候,還須遵循以下原則:
(1)、布線方向:從cong焊han接jie麵mian看kan,元yuan件jian的de排pai列lie方fang位wei盡jin可ke能neng保bao持chi與yu原yuan理li圖tu相xiang一yi致zhi,布bu線xian方fang向xiang最zui好hao與yu電dian路lu圖tu走zou線xian方fang向xiang相xiang一yi致zhi,因yin生sheng產chan過guo程cheng中zhong通tong常chang需xu要yao在zai焊han接jie麵mian進jin行xing各ge種zhong參can數shu的de檢jian測ce,故gu這zhe樣yang做zuo便bian於yu生sheng產chan中zhong的de檢jian查zha,調tiao試shi及ji檢jian修xiu(注:指在滿足電路性能及整機安裝與麵板布局要求的前提下)。
(2)、設計布線圖時走線盡量少拐彎,印刷弧上的線寬不要突變,導線拐角應≥90度,力求線條簡單明了。
(3)、印刷電路中不允許有交叉電路,對於可能交叉的線條,可以用“鑽”、“繞”兩種辦法解決。即讓某引線從別的電阻、電容、三極管腳下的空隙處“鑽” 過去,或從可能交叉的某條引線的一端“繞”過去,在特殊情況下如何電路很複雜,為簡化設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。
3.輸入地與輸出地本開關電源中為低壓的DC-DC,yujiangshuchudianyafankuihuibianyaqidechuji,liangbiandedianluyingyougongtongdecankaodi,suoyizaiduiliangbiandedixianfenbieputongzhihou,haiyaolianjiezaiyiqi,xingchenggongtongdedi。
五、檢查
布(bu)線(xian)設(she)計(ji)完(wan)成(cheng)後(hou),需(xu)認(ren)真(zhen)檢(jian)查(zha)布(bu)線(xian)設(she)計(ji)是(shi)否(fou)符(fu)合(he)設(she)計(ji)者(zhe)所(suo)製(zhi)定(ding)的(de)規(gui)則(ze),同(tong)時(shi)也(ye)需(xu)確(que)認(ren)所(suo)製(zhi)定(ding)的(de)規(gui)則(ze)是(shi)否(fou)符(fu)合(he)印(yin)製(zhi)板(ban)生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)的(de)需(xu)求(qiu),一(yi)般(ban)檢(jian)查(zha)線(xian)與(yu)線(xian)、線與元件焊盤、線與貫通孔、元件焊盤與貫通孔、貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理,是否滿足生產要求。電源線和地線的寬度是否合適,在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。注意:有些錯誤可以忽略,例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外,檢查間距時會出錯;另外每次修改過走線和過孔之後,都要重新覆銅一次。
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,高速時鍾網絡的走線與屏蔽,去耦電容的擺放和連接等。
七、設計輸出輸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(包括頂層絲印、底層絲印)、阻焊層(底層阻焊)、鑽孔層(底層),另外還要生成鑽孔文件(NCDrill)
b。設置絲印層的Layer時,不要選擇PartType,選擇頂層(底層)和絲印層的Outline、Text、Linec.在設置每層的Layer 時,將Board Outline選上,設置絲印層的Layer時,不要選擇PartType,選擇頂層(底層)和絲印層的Outline、Text、Line。d.生成鑽孔文件時,使用PowerPCB的缺省設置,不要作任何改。
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