开关电源设计中PCB板的注意事项

领卓打样 2023-10-16 1223

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一站式PCBA智造厂家今天为大家讲讲电源PCB设计注意的事项有哪些?开关电源PCB设计注意事项。在任何开关电源设计中，PCB板的物理设计是最后一个环节。如果设计方法不当，PCB可能会辐射出过多的电磁干扰，导致电源工作不稳定。

PCB设计各个步骤的注意事项：

一、从原理图创建元件参数到PCB设计流程->输入原理图网表->设计参数设置->手动布局->手动布线->验证设计->审核->CAM输出。

二、参数设置中相邻导体的间距必须满足电气安全要求，间距尽量宽，以利于操作和生产。最小间距应至少适合电压。当布线密度较低时，可以适当增加信号线的间距。高低电平差的信号线尽量短，间距要加大。一般布线间距设置为8mil。焊盘内孔边缘到印制板边缘的距离应大于1mm，以免在加工过程中出现焊盘缺陷。当与焊盘连接的布线较细时，焊盘与布线之间的连接应设计成水滴状。这样做的好处是焊盘不易剥落，但布线和焊盘不易断开。

三、元件布局实践证明，即使电路原理图设计正确，印刷设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如，如果印制板的两条细平行线靠得很近，就会形成信号波形的延迟，在传输线的末端会形成反射噪声;电源和地线考虑不当造成的干扰会降低产品的性能。因此，在设计印刷电路板时应采用正确的方法。每个开关电源都有四个电流电路：

(1)电源开关交流电路

(2) 输出整流交流电路

(3) 输入信号源电流环

(4) 输出负载电流回路和输入回路通过直流电流给输入电容充电，滤波电容主要起到宽带储能的作用;同样，输出滤波电容也用于存储输出整流器的高频能量，消除输出负载电路的直流能量。因此，输入和输出滤波电容的端子非常重要。输入和输出电流电路只能从滤波电容器的端子连接到电源;如果输入/输出电路与电源开关/整流电路之间的连接不能直接连接到电容器的端子上，则交流能量会通过输入或输出滤波电容器辐射到环境中。电源开关的交流电路和整流器的交流电路都含有高幅度梯形电流。这些电流的谐波成分非常高，其频率远大于开关的基本频率。峰值幅度最高可达连续输入/输出直流电流幅度的 5 倍。转换时间通常约为 50ns。这两个电路最容易产生电磁干扰，因此必须在布线电源中的其他印刷线路之前铺设这些交流电路。每个电路的三个主要元件，滤波电容、电源开关或整流器、电感器或变压器，应彼此相邻放置。调整组件位置，使它们之间的当前路径尽可能短。建立开关电源布局的方法类似于其电气设计。

设计流程如下：

- 放置变压器

- 设计电源开关电流电路

- 输出整流器设计电流电路

- 控制电路连接交流电源电路

- 设计输入电流源电路和输入滤波器

设计输出负载电路和输出滤波器，根据电路的功能单元，电路各元件的布局应遵循以下原则：

(1) 首先，考虑PCB尺寸。 PCB尺寸过大时，印制线长，阻抗增加，抗噪能力降低，成本增加;如果太小，散热差，相邻线路容易受到干扰。电路板的形状是长方形，长宽比为3:2或4:3。位于电路板边缘的元件与电路板边缘的距离一般不小于2mm。

(2) 放置设备时，要考虑以后的焊接，不要太密集

(3) 以各功能电路的核心元件为居中，并围绕它排列。元器件在PCB上应排列均匀、有序、紧凑，尽量减少和缩短元器件之间的引线和连接。去耦电容尽量靠近元器件的VCC

(4) 对于高频工作的电路，应考虑元件之间的分布参数。对于一般电路，元件应尽量并联布置。这样不仅美观，而且易于组装和焊接，易于批量生产。

(5) 根据电路流向布置各功能电路单元的位置，使布局便于信号流向，尽量保持信号方向一致。

(6) 布局的首要原则是保证布线的分布率。移动元件时注意飞线的连接，将有接线关系的元件放在一起。

(7)尽可能减小环路面积，抑制开关电源的辐射干扰

四、接线开关电源含有高频信号。 PCB 上的任何印刷线都可以充当天线。印制线的长度和宽度会影响其阻抗和电感，从而影响频率响应。甚至通过直流信号的印制线也会耦合到来自相邻印制线的射频信号，导致电路出现问题(甚至再次辐射干扰信号)。因此，所有通过交流电流的印制线都应设计得尽可能短和宽，这意味着与印制线和其他电源线相连的所有元件都必须靠近放置。印制线的长度与其电感和阻抗成正比，而宽度与其电感和阻抗成反比。长度反映了印刷线路响应的波长。长度越长，印制线可以发送和接收电磁波的频率越低，可以辐射出更多的射频能量。根据印制电路板的电流，尽量租用电源线的宽度，以降低回路电阻。同时，使电源线和地线的方向与电流的方向一致，有助于增强抗噪声能力。接地是开关电源四个电流回路的底部支路，起着电路公共参考点的重要作用，是控制干扰的重要方法。因此，在布局时应仔细考虑接地线的放置。各种接地线混用会造成供电不稳定。

地线设计应注意以下几点：

1、正确选择单点接地一般情况下，滤波电容的公共端应该是其他接地点与大电流交流地耦合的连接点。同级电路的接地点应尽量靠近，本级电路的电源滤波电容也应接在本级的接地点上，主要考虑电路各部分返回的电流地是可变的，实际流过的线路的阻抗会导致电路各部分地电位的变化，引入干扰。在这种开关电源中，其布线和元件之间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰的影响较大，所以采用了一点接地，即电源开关电流电路(地电路中的几个元件的地线接在接地脚上，输出整流器的电流电路中的几个元件的地线也接在相应滤波电容的接地脚上，使电源工作更稳定并且不易自激，如果不能做到单点，在公共地线接两个二极管或一个小电阻，可以接一个比较集中的铜箔。

2. 尽量加粗接地线。如果接地线很细，接地电位会随着电流的变化而变化，导致电子设备的时序信号电平不稳定，抗噪性能变差。因此，确保每个大电流接地端子使用尽可能短和宽的印刷线，并尽可能加宽电源和地线的宽度。地线最好比电源线宽。它们的关系是：地线>电源线>信号线。如有可能，接地线的宽度应大于3mm，大面积覆盖每层也可用作接地线。印制板上未使用的部分作为接地线连接到大地。全局布线时还必须遵循以下原则

(1) 布线方向：从焊接面看，元器件的排列方向尽量与原理图一致，布线方向与电路图的布线方向一致。由于在生产过程中通常需要对焊接面的各种参数进行检测，这样便于生产中的检查、调试和维护(注：是指在满足电路性能、整机安装和面板等要求的前提下)布局)。

(2) 设计接线图时，走线尽量少转，印刷弧线上线宽不突变，线角≥90度，线路尽量简洁明了.

(3) 印刷电路中不允许有交叉电路。可能交叉的线可以通过“钻孔”或“缠绕”来解决。也就是说，让一根引线“钻”过其他电阻、电容和三极管脚下的缝隙，或者“绕”过可能交叉的引线的一端。特殊情况下，如何让电路变得非常复杂?为了简化设计，也允许使用跳线来解决交叉电路问题。由于采用单面板，直插式元件位于顶面，表面贴装元件位于底侧，因此直插式元件可以在布局中与表面贴装元件重叠，但焊盘应避免重叠。

3. 本开关电源的输入地和输出地为低压DC-DC。为了将输出电压反馈回变压器的初级，两侧的电路应该有一个共同的参考地。因此，两侧的地线铺铜后，应连接在一起形成公共地线

五、检查布线设计后，要仔细检查布线设计是否符合设计者制定的规则，还要确认制定的规则是否符合印制板生产工艺的要求。一般要检查线、线与元件焊盘、线与通孔、元件焊盘与通孔、通孔与通孔的距离是否合理，符合生产要求。电源线和地线的宽度是否合适，PCB中是否有可以加宽地线的地方。注意：有些错误可以忽略。例如，一些连接器的Outline部分部分放在板框外，检查间距时会出现错误;此外，每次修改布线和过孔时，都应重新覆铜。

六、根据《PCB checklist》复核，包括设计规则、层定义、线宽、间距、焊盘和过孔设置，重点关注器件布局的合理性、电源和地线网络的走线、布线和屏蔽高速时钟网络，以及去耦电容的放置和连接。

七、设计输出照片文件的注意事项：

a. 输出层包括布线层(底层)、丝印层(包括顶层丝印和底层丝印)、阻焊层(底层阻焊)、钻孔层(底层)、NC钻孔文件

湾。

b. 设置丝印层的层数时，不要选择Part Type，而是选择顶层(底层)和丝印层的Outline、Text和Linec 设置每一层的层数时，选择Board Outline。在设置丝印层的图层时，不要选择Part Type，而是选择顶(底)层和丝印层的轮廓、文字和线条。 d。生成钻孔文件时，使用 PowerPCB 的默认设置，不要做任何更改。

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审核编辑黄宇

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