開(kāi)關(guān)電源設計中PCB板的物理設計分析

　　在開(kāi)關(guān)電源設計中PCB板的物理設計都是最后一個(gè)環(huán)節，如果設計方法不當，PCB可能會(huì )輻射過(guò)多的電磁干擾，造成電源工作不穩定，以下針對各個(gè)步驟中所需注意的事項進(jìn)行分析：

　　一、從原理圖到PCB的設計流程 建立元件參數－》輸入原理網(wǎng)表-》設計參數設置-》手工布局-》手工布線(xiàn)-》驗證設計－》復查-》CAM輸出。

　　二、參數設置相鄰導線(xiàn)間距必須能滿(mǎn)足電氣安全要求，而且為了便于操作和生產(chǎn)，間距也應盡量寬些。最小間距至少要能適合承受的電壓，在布線(xiàn)密度較低時(shí)，信號線(xiàn)的間距可適當地加大，對高、低電平懸殊的信號線(xiàn)應盡可能地短且加大間距，一般情況下將走線(xiàn)間距設為8mil。

　　焊盤(pán)內孔邊緣到印制板邊的距離要大于1mm，這樣可以避免加工時(shí)導致焊盤(pán)缺損。當與焊盤(pán)連接的走線(xiàn)較細時(shí)，要將焊盤(pán)與走線(xiàn)之間的連接設計成水滴狀，這樣的好處是焊盤(pán)不容易起皮，而是走線(xiàn)與焊盤(pán)不易斷開(kāi)。

　　三、元器件布局實(shí)踐證明，即使電路原理圖設計正確，印制電路板設計不當，也會(huì )對電子設備的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如，如果印制板兩條細平行線(xiàn)靠得很近，則會(huì )形成信號波形的延遲，在傳輸線(xiàn)的終端形成反射噪聲；由于電源、地線(xiàn)的考慮不周到而引起的干擾，會(huì )使產(chǎn)品的性能下降，因此，在設計印制電路板的時(shí)候，應注意采用正確的方法。每一個(gè)開(kāi)關(guān)電源都有四個(gè)電流回路：

　?。?）。 電源開(kāi)關(guān)交流回路

　?。?）。 輸出整流交流回路

　?。?）。 輸入信號源電流回路

　?。?）。 輸出負載電流回路輸入回路通過(guò)一個(gè)近似直流的電流對輸入電容充電，濾波電容主要起到一個(gè)寬帶儲能作用；類(lèi)似地，輸出濾波電容也用來(lái)儲存來(lái)自輸出整流器的高頻能量，同時(shí)消除輸出負載回路的直流能量。所以，輸入和輸出濾波電容的接線(xiàn)端十分重要，輸入及輸出電流回路應分別只從濾波電容的接線(xiàn)端連接到電源；如果在輸入/輸出回路和電源開(kāi)關(guān)/整流回路之間的連接無(wú)法與電容的接線(xiàn)端直接相連，交流能量將由輸入或輸出濾波電容并輻射到環(huán)境中去。電源開(kāi)關(guān)交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形電流，這些電流中諧波成分很高，其頻率遠大于開(kāi)關(guān)基頻，峰值幅度可高達持續輸入/輸出直流電流幅度的5倍，過(guò)渡時(shí)間通常約為50ns。這兩個(gè)回路最容易產(chǎn)生電磁干擾，因此必須在電源中其它印制線(xiàn)布線(xiàn)之前先布好這些交流回路，每個(gè)回路的三種主要的元件濾波電容、電源開(kāi)關(guān)或整流器、電感或變壓器應彼此相鄰地進(jìn)行放置，調整元件位置使它們之間的電流路徑盡可能短。建立開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)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制電路

　　設計輸入電流源回路和輸入濾波器 設計輸出負載回路和輸出濾波器根據電路的功能單元，對電路的全部元器件進(jìn)行布局時(shí)，要符合以下原則：

　?。?） 首先要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過(guò)大時(shí)，印制線(xiàn)條長(cháng)，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；過(guò)小則散熱不好，且鄰近線(xiàn)條易受干擾。電路板的最佳形狀矩形，長(cháng)寬比為3：2或4：3，位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm?！　。?） 放置器件時(shí)要考慮以后的焊接，不要太密集。

　?。?） 以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來(lái)進(jìn)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(xiàn)和連接， 去耦電容盡量靠近器件的VCC。

　?。?） 在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數。一般電路應盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀(guān)，而且裝焊容易，易于批量生產(chǎn)。

　?。?） 按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致的方向。

　?。?） 布局的首要原則是保證布線(xiàn)的布通率，移動(dòng)器件時(shí)注意飛線(xiàn)的連接，把有連線(xiàn)關(guān)系的器件放在一起。

　?。?） 盡可能地減小環(huán)路面積，以抑制開(kāi)關(guān)電源的輻射干擾。

　　四、布線(xiàn)開(kāi)關(guān)電源中包含有高頻信號，PCB上任何印制線(xiàn)都可以起到天線(xiàn)的作用，印制線(xiàn)的長(cháng)度和寬度會(huì )影響其阻抗和感抗，從而影響頻率響應。即使是通過(guò)直流信號的印制線(xiàn)也會(huì )從鄰近的印制線(xiàn)耦合到射頻信號并造成電路問(wèn)題（甚至再次輻射出干擾信號）。因此應將所有通過(guò)交流電流的印制線(xiàn)設計得盡可能短而寬，這意味著(zhù)必須將所有連接到印制線(xiàn)和連接到其他電源線(xiàn)的元器件放置得很近。印制線(xiàn)的長(cháng)度與其表現出的電感量和阻抗成正比，而寬度則與印制線(xiàn)的電感量和阻抗成反比。長(cháng)度反映出印制線(xiàn)響應的波長(cháng)，長(cháng)度越長(cháng)，印制線(xiàn)能發(fā)送和接收電磁波的頻率越低，它就能輻射出更多的射頻能量。根據印制線(xiàn)路板電流的大小，盡量加租電源線(xiàn)寬度，減少環(huán)路電阻。 同時(shí)、使電源線(xiàn)、地線(xiàn)的走向和電流的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。接地是開(kāi)關(guān)電源四個(gè)電流回路的底層支路，作為電路的公共參考點(diǎn)起著(zhù)很重要的作用，它是控制干擾的重要方法。因此，在布局中應仔細考慮接地線(xiàn)的放置，將各種接地混合會(huì )造成電源工作不穩定。

　　在地線(xiàn)設計中應注意以下幾點(diǎn)：

　　1. 正確選擇單點(diǎn)接地通常，濾波電容公共端應是其它的接地點(diǎn)耦合到大電流的交流地的唯一連接點(diǎn)，同一級電路的接地點(diǎn)應盡量靠近，并且本級電路的電源濾波電容也應接在該級接地點(diǎn)上，主要是考慮電路各部分回流到地的電流是變化的，因實(shí)際流過(guò)的線(xiàn)路的阻抗會(huì )導致電路各部分地電位的變化而引入干擾。在本開(kāi)關(guān)電源中，它的布線(xiàn)和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大，因而采用一點(diǎn)接地，即將電源開(kāi)關(guān)電流回路 （中的幾個(gè)器件的地線(xiàn)都連到接地腳上，輸出整流器電流回路的幾個(gè)器件的地線(xiàn)也同樣接到相應的濾波電容的接地腳上，這樣電源工作較穩定，不易自激。做不到單點(diǎn)時(shí)，在共地處接兩二極管或一小電阻，其實(shí)接在比較集中的一塊銅箔處就可以。

　　2. 盡量加粗接地線(xiàn) 若接地線(xiàn)很細，接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子設備的定時(shí)信號電平不穩，抗噪聲性能變壞，因此要確保每一個(gè)大電流的