淺談開(kāi)關(guān)電源PCB設計

　　對于開(kāi)關(guān)電源的研發(fā)，PCB設計占據很重要的地位。一個(gè)差的PCB，EMC性能差、輸出噪聲大、抗干擾能力弱，甚至連基本功能都有缺陷。

　　與其他硬件電路PCB稍有不同，開(kāi)關(guān)電源PCB有一些自身的特點(diǎn)。本文將結合工程經(jīng)驗，簡(jiǎn)單談一談開(kāi)關(guān)電源PCB布線(xiàn)的一些最基本的原則。  

　　1、間距

　　對于高電壓產(chǎn)品必須要考慮到線(xiàn)間距。能滿(mǎn)足相應安規要求的間距當然最好，但很多時(shí)候對于不需要認證，或沒(méi)法滿(mǎn)足認證的產(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(shí)上也比較危險了!

　　2、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(shí)必須考慮PCB分板方向，如圖是各種放置方法時(shí)，器件受到的應力大小對比。

　　圖1 分板時(shí)器件受到的應力對比

　　由此可以看出，器件應遠離并平行于分板邊緣，否則可能因為PCB分板導致元器件受損。

　　3、環(huán)路面積

　　無(wú)論是輸入或是輸出、功率環(huán)路或信號環(huán)路，應盡可能的小。功率環(huán)路發(fā)射電磁場(chǎng)，將導致較差的EMI特性或較大的輸出噪聲;同時(shí)，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(huì )增大，可能增加漏極噪聲尖峰。

　　4、關(guān)鍵走線(xiàn)

　　因di/dt 作用，必須減小動(dòng)態(tài)節點(diǎn)處電感，否則會(huì )產(chǎn)生較強的電磁場(chǎng)。若要減小電感，主要是要減少布線(xiàn)的長(cháng)度，增加寬度作用較小。

　　5、信號線(xiàn)

　　對于整個(gè)控制部分，布線(xiàn)時(shí)應考慮將其遠離功率部分。若因其他限制兩者靠得較近，不應將控制線(xiàn)與功率線(xiàn)并行，否則可能導致電源工作異常、震蕩。

　　另外若控制線(xiàn)很長(cháng)，應該將來(lái)回的一對線(xiàn)的靠近，或將二者置于PCB的兩個(gè)面上并正對著(zhù)，從而減小其環(huán)路面積，避免被功率部分的電磁場(chǎng)干擾。如圖2說(shuō)明了A、B兩點(diǎn)間，正確與錯誤的信號線(xiàn)布線(xiàn)方法。

　　圖2正確與錯誤的信號線(xiàn)布線(xiàn)方法。

　　當然，信號線(xiàn)上應盡量減少用于連接的過(guò)孔!

　　6、鋪銅

　　有的時(shí)候鋪銅是完全沒(méi)有必要的，甚至應該避免。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(xiàn),向周?chē)椛潆姶挪?另一方面它又很容易拾起噪聲。

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

　　7、映射

　　對于一個(gè)回路，可以在PCB的一面進(jìn)行鋪銅，它會(huì )根據PCB另一面的布線(xiàn)自動(dòng)映射，使這個(gè)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(huì )自動(dòng)選擇阻抗最小的路徑流過(guò)一樣。

　　事實(shí)上可以在控制部分電路的一面進(jìn)行連線(xiàn)，而在另一面對“地”節點(diǎn)鋪銅，兩個(gè)面間通過(guò)過(guò)孔連接。

　　8、輸出整流二極管

　　輸出整流二極管若離輸出端比較近，不應將其與輸出平行放置。否則二極管處產(chǎn)生的電磁場(chǎng)將穿入電源輸出與外接負載形成的環(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

　　9、地線(xiàn)

　　地線(xiàn)的布線(xiàn)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(kāi)關(guān)電源PCB的“地”，至少做到以下兩點(diǎn)：(1)功率地和信號地，應單點(diǎn)連接;(2)不應有存在地環(huán)路。

　　10、Y電容

　　輸入輸出經(jīng)常會(huì )接入Y電容，有時(shí)因某些原因，可能無(wú)法將其掛在輸入電容地上，此時(shí)切記，一定要接在靜態(tài)節點(diǎn)，如高壓端。

　　11、其他

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

　　有時(shí)往往會(huì )遇到多個(gè)原則相互沖突的情況，滿(mǎn)足其中一個(gè)就滿(mǎn)足不了其他的，這是需要工程師應用已有的經(jīng)驗，根據實(shí)際項目需求，確定最合適的布線(xiàn)了!