電源PCB設(shè)計時應(yīng)注意什么問題

各位電子工程師想必都知道，設(shè)計時，PCB設(shè)計占據(jù)很重要的地位。以電源為例，PCB設(shè)計會直接影響電源的EMC性能、輸出噪聲、抗干擾能力，甚至是基本功能。電源部分的PCB布線與其他硬件稍有不同，該如何設(shè)計?本文為你揭秘。

間距

對于高電壓產(chǎn)品必須要考慮到線間距。能滿足相應(yīng)安規(guī)要求的間距當(dāng)然最好，但很多時候?qū)τ诓恍枰?a target="_blank">認(rèn)證，或沒法滿足認(rèn)證的產(chǎn)品，間距就由經(jīng)驗決定了。

多寬的間距合適?必須考慮生產(chǎn)能否保證板面清潔、環(huán)境濕度、其他污染等情況如何。

對于市電輸入，即使能保證板面清潔、密封，MOS管漏源極間接近600V，小于1mm事實上也比較危險了!

板邊緣的元器件

在PCB邊沿的貼片電容或其他易損壞的器件，在放置時必須考慮PCB分板方向，如圖是各種放置方法時，器件受到的應(yīng)力大小對比。

圖1 分板時器件受到的應(yīng)力對比

由此可以看出，器件應(yīng)遠(yuǎn)離并平行于分板邊緣，否則可能因為PCB分板導(dǎo)致元器件受損。

環(huán)路面積

無論是輸入或是輸出、功率環(huán)路或信號環(huán)路，應(yīng)盡可能的小。功率環(huán)路發(fā)射電磁場，將導(dǎo)致較差的EMI特性或較大的輸出噪聲;同時，若被控制環(huán)接收，很可能引起異常。

另一方面，若功率環(huán)路面積較大，其等效寄生電感也會增大，可能增加漏極噪聲尖峰。

關(guān)鍵走線

因di/dt 作用，必須減小動態(tài)節(jié)點處電感，否則會產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁場。若要減小電感，主要是要減少布線的長度，增加寬度作用較小。

信號線

對于整個控制部分，布線時應(yīng)考慮將其遠(yuǎn)離功率部分。若因其他限制兩者靠得較近，不應(yīng)將控制線與功率線并行，否則可能導(dǎo)致電源工作異常、震蕩。

另外若控制線很長，應(yīng)該將來回的一對線的靠近，或?qū)⒍咧糜赑CB的兩個面上并正對著，從而減小其環(huán)路面積，避免被功率部分的電磁場干擾。如圖2說明了A、B兩點間，正確與錯誤的信號線布線方法。

圖2 正確與錯誤的信號線布線方法。

當(dāng)然，信號線上應(yīng)盡量減少用于連接的過孔!

鋪銅

有的時候鋪銅是完全沒有必要的，甚至應(yīng)該避免。若銅面積足夠大且其電壓不斷變化，一方面它可能作為天線，向周圍輻射電磁波;另一方面它又很容易拾起噪聲。

通常只允許在靜態(tài)節(jié)點鋪銅，例如對輸出端“地”節(jié)點鋪銅，可以等效增加輸出電容，濾除一些噪聲信號。

映射

對于一個回路，可以在PCB的一面進(jìn)行鋪銅，它會根據(jù)PCB另一面的布線自動映射，使這個回路的阻抗最小。這就好像一組不同阻抗值的阻抗并聯(lián)，電流會自動選擇阻抗最小的路徑流過一樣。

事實上可以在控制部分電路的一面進(jìn)行連線，而在另一面對“地”節(jié)點鋪銅，兩個面間通過過孔連接。

輸出整流二極管

輸出整流二極管若離輸出端比較近，不應(yīng)將其與輸出平行放置。否則二極管處產(chǎn)生的電磁場將穿入電源輸出與外接負(fù)載形成的環(huán)路，使測得的輸出噪聲增大。

圖3 正確與錯誤的二極管放置方向

地線

地線的布線必須非常小心，否則可能引起EMS、EMI性能和其他性能變差。對于開關(guān)電源PCB的“地”，至少做到以下兩點：

功率地和信號地，應(yīng)單點連接;

不應(yīng)有存在地環(huán)路。

Y電容

輸入輸出經(jīng)常會接入Y電容，有時因某些原因，可能無法將其掛在輸入電容地上，此時切記，一定要接在靜態(tài)節(jié)點，如高壓端。

其他

實際電源PCB設(shè)計時，可能還要考慮其他一些問題，例如“壓敏電阻應(yīng)緊靠被保護(hù)電路”、“共模電感應(yīng)增加放電齒”、“芯片VCC供電處應(yīng)增加瓷片電容”等等。另外，是否需特殊處理，如銅箔、屏蔽等，在PCB設(shè)計階段也是需要考慮的。

有時往往會遇到多個原則相互沖突的情況，滿足其中一個就滿足不了其他的，這是需要工程師應(yīng)用已有的經(jīng)驗，根據(jù)實際項目需求，確定最合適的布線了!

總結(jié)

為打造高穩(wěn)定的產(chǎn)品，在硬件設(shè)計中需要的設(shè)計細(xì)節(jié)是很多的，本文僅是介紹硬件中的最為常見的電源設(shè)計。為使整體產(chǎn)品或系統(tǒng)擁有穩(wěn)定、可靠的供電，大部分工程師會選擇電源模塊作為系統(tǒng)供電的基礎(chǔ)。