【电源开关板】开关电源设计中PCB板各部分应注意的问题

在开关电源设计中，PCB板的物理设计是最后一部分，如果设计方法不当，PCB会发出过多的电磁干扰，导致电源不稳定。本文分析了每个阶段需要考虑的事项。

从原理图到PCB的设计过程

创建元件参数-“输入原理网络表”-“设置设计参数”-“手动布局”-“手动布线”-“验证设计”-“检查”-“CAM输出”。

开关电源设计中PCB板各部分应注意的问题

放置零件

事实证明，即使电路结构图设计正确，即使印刷电路板设计错误，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如，印刷版的两条细平行线靠近时，会形成信号波形的延迟，在传输线的末端会形成反射噪声。设计印刷电路板时必须使用正确的方法，因为电源和地线的疏忽会降低产品性能。每个开关电源有四个电流电路。

(1)电源开关交流电路

(2)输出整流器交流电路

(3)输入信号源电流电路

(4)输出负载电流电路输入电路

通过接近直流的电流输入容量充电，过滤容量主要起宽带储能作用。同样，输出滤波器电容器也用于存储输出整流器的高频能量，同时消除输出负载电路的直流能量。因此，输入和输出滤波器容量端子非常重要，输入和输出电流电路应分别只从滤波器容量端子连接到电源。如果输入/输出电路和电源开关/整流电路之间的连接没有直接连接到电容的端子，交流能量将由输入或输出滤波器电容辐射到环境中。

电源开关交流电路和整流器的交流电路包含高梯形电流，这些电流中谐波成分的频率比开关基本频率高得多，最大振幅可以达到持续输入/输出直流电流宽度的5倍，切换时间一般约为50 n s。

这两个电路最容易产生电磁干扰，因此必须在电源的其他印刷线布线之前放置这些交流电路。每个电路的三个主要组件过滤容量、电源开关或整流器、电感或变压器必须彼此相邻放置。必须调整构件位置，使其间的电流路径尽可能短。创建开关电源布局的最佳方法类似于电气设计，最佳设计过程如下：

放置变压器

电源开关电流电路设计

输出整流电流电路设计

连接到交流电源电路的控制电路

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在根据电路的功能单元布置电路的所有元件时，必须遵守以下原则：

(1)首先要考虑PC B大小的大小。PCB尺寸太大，印刷线会变长，阻抗会增加，噪音耐受性会降低，成本也会增加。太小的话不容易发热，相邻的线容易受到干扰。电路板的最佳形状矩形，长宽比为3: 2或4: 3的电路板边缘上的零件通常距离电路板边缘2mm以上。

(2)放置零部件时要考虑到以后的焊接，不能太密集。

(3)以各功能电路的核心元件为中心，围绕它放置。组件必须均匀、整齐、紧密地排列在PCB上，最大限度地减少和减少每个组件之间的引线和连接，并使耦合器电容器尽可能接近设备的VCC。

(4)在高频下工作的电路要考虑零件之间的分布参数。一般电路应尽可能并行排列组件。这样不仅漂亮，焊接也容易，批量生产也容易。

(5)根据电路过程布置每个功能电路单元的位置，以方便信号流动，并尽可能保持信号一致的方向。

(6)布局的首要原则是保证接线的千通率，移动零部件时注意飞艇的连接，将有连接关系的零部件放在一起。

(7)最小化环路面积，以抑制开关电源的辐射干扰。

设置参数

相邻导线间距应满足电气安全要求，为了便于操作和生产，间距应尽可能宽。最小间隔应适合至少可以承受的电压，如果电缆密度低，信号线的间隔应适当增加，对于高低水平不平衡的信号线，应尽可能短，增加间隔。通常，将导线间距设置为8mil。

从焊盘内孔边缘到印刷板边缘的距离必须大于1mm，这样才能防止加工时对焊盘的损坏。如果连接到衬垫的线很细，则必须将衬垫和电线之间的连接设计为水滴形状。这样做的优点是衬垫不容易脱落，电线和衬垫不容易断裂。

配线

开关电源包括PCB上所有印刷线充当天线的高频信号，印刷线的长度和宽度会影响阻抗和电感，从而影响频率响应。通过DC信号的印刷线也可以从相邻的印刷线合并到射频信号中，从而导致电路问题(还可以再次发射干扰信号)。因此，通过交流电流的所有印刷线都必须尽可能短和宽地设计。这意味着连接到印刷线和其他电源线的所有部件都必须靠近。

印刷线的长度与显示的电感和阻抗成正比，宽度与印刷线的电感和阻抗成反比。长度反映了印刷线响应的波长，长度越长，印刷线发送和接收电磁波的频率越低，发射的射频能量就越多。根据印刷电路板电流的大小，尽量增加用电

源线宽度，减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和电流的方向一致， 这样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层支路， 作为电路的公共参考点起着很重要的作用，它是控制干扰的重要方法。

　　因此，在布局中应仔细考虑接地线的放置，将各种接地混合会造成电源工作不稳定。

　　在地线设计中应注意以下几点：
　　1.正确选择单点接地通常，滤波电容公共端应是其它的接地点耦合到大电流的交流地的唯一连接点，同一级电路的接地点应尽量靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上，主要是考虑电路各部分回流到地的电流是变化的，因实际流过的线路的阻抗会导致电路各部分地电位的变化而引入干扰。在本开关电源中， 它的布线和器件间的电感影响较小， 而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而采用一点接地，即将电源开关电流回路（中的几个器件的地线都连到接地脚上，输出整流器电流回路的几个器件的地线也同样接到相应的滤波电容的接地脚上，这样电源工作较稳定，不易自激。做不到单点时，在共地处接两二极管或一小电阻， 其实接在比较集中的一块铜箔处就可以。

　　2.尽量加粗接地线若接地线很细，接地电位则随电流的变化而变化，致使电子设备的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏，因此要确保每一个大电流的接地端采用尽量短而宽的印制线，尽量加宽电源、地线宽度， 最好是地线比电源线宽，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，也可用大面积铜层作地线用，在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。进行全局布线的时候，还须遵循以下原则：
　　（1 ）布线方向： 从焊接面看， 元件的排列方位尽可能保持与原理图相一致，布线方向最好与电路图走线方向相一致， 因生产过程中通常需要在焊接面进行各种参数的检测，故这样做便于生产中的检查，调试及检修（注：指在满足电路性能及整机安装与面板布局要求的前提下）。
　　（2 ）设计布线图时走线尽量少拐弯， 印刷弧上的线宽不要突变， 导线拐角应≥90度， 力求线条简单明了。
　　（3 ）印刷电路中不允许有交叉电路， 对于可能交叉的线条， 可以用“钻”、“绕”两种办法解决。即让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去， 或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去， 在特殊情况下如何电路很复杂， 为简化设计也允许用导线跨接， 解决交叉电路问题。因采用单面板， 直插元件位于to p 面，表贴器件位于bottom 面，所以在布局的时候直插器件可与表贴器件交叠， 但要避免焊盘重叠。

　　3.输入地与输出地本开关电源中为低压的DC - D C，欲将输出电压反馈回变压器的初级，两边的电路应有共同的参考地，所以在对两边的地线分别铺铜之后，还要连接在一起， 形成共同的地。

　　检查
　　布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求， 一般检查线与线、线与元件焊盘、线与贯通孔、元件焊盘与贯通孔、贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理， 是否满足生产要求。电源线和地线的宽度是否合适， 在PCB 中是否还有能让地线加宽的地方。注意：有些错误可以忽略，例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外， 检查间距时会出错；另外每次修改过走线和过孔之后，都要重新覆铜一次。

　　复查根据“PCB 检查表”
　　内容包括设计规则，层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置，还要重点复查器件布局的合理性， 电源、地线网络的走线， 高速时钟网络的走线与屏蔽， 去耦电容的摆放和连接等。

　　设计输出输出光绘文件的注意事项：
　　a.需要输出的层有布线层（底层）、丝印层（包括顶层丝印、底层丝印）、阻焊层（底层阻焊）、钻孔层（底层）， 另外还要生成钻孔文件（NCD rill ）
　　b. 设置丝印层的Layer 时， 不要选择Part Type， 选择顶层（底层）和丝印层的Outline、Text、Line。
　　c.在设置每层的Layer 时， 将Board Outline 选上，设置丝印层的Layer 时，不要选择Part Type，选择顶层（底层）和丝印层的Outline、Text、Line。
　　d.生成钻孔文件时， 使用Power PCB 的缺省设置， 不要作任何改。

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