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分析PCB开关电源设计中电源不稳定的原因

在任何开关电源设计中,PCB的物理设计是最后一个环节。如果设计方法不正确,PCB可能会辐射过多的电磁干扰,导致电源不稳定。每个步骤分析都需要以下几点:

1。从原理图到PCB设计过程构建组件参数 - >输入原理网表 - >设计参数设置 - >手动布局 - >手动接线 - >验证设计 - >查看 - > CAM输出。

2。设置相邻导体间距的参数必须满足电气安全要求,并且为了便于操作和生产,间距应尽可能宽。最小间距应至少适合承受的电压。当布线密度低时,可以适当地增加信号线的间隔。高低电平的信号线应尽可能短,并应增加间距。将走线间距设置为8密耳。

从焊盘边缘到电路板边缘的距离大于1mm,这样可以避免焊盘在加工过程中出现缺陷。当连接到焊盘的迹线较薄时,焊盘和迹线之间的连接被设计成水滴形状。这样做的优点是焊盘不易剥落,但迹线不易与焊盘断开。

分析PCB开关电源设计中电源不稳定的原因

3。元件布局实践证明,即使电路原理图设计正确且印刷电路板设计不当,也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如,如果印刷电路板的两条细平行线靠近在一起,将形成信号波形的延迟,并且在传输线的末端将形成反射噪声;由电源和接地线不一致引起的干扰会导致产品性能下降,因此在设计印刷电路板时,应注意使用正确的方法。每个开关电源有四个电流回路:

(1),电源开关交流电路

(2)输出整流电路

(3),输入信号源电流环

(4)输出负载电流环路输入环路通过近似直流电流对输入电容充电。滤波电容主要用作宽带储能;类似地,输出滤波电容器也用于存储来自输出整流器的高频能量。同时,消除了输出负载电路的DC能量。因此,输入和输出滤波电容的端子非常重要。输入和输出电流回路应仅从滤波电容的端子连接到电源;如果输入/输出回路和电源开关/整流器回路之间的连接不能连接到电容器端子直接连接,并且AC能量通过输入或输出滤波器电容器辐射到环境中。电源开关和整流器的交流电路的交流电路包含高轮廓梯形电流。这些电流的谐波分量非常高。频率远高于开关的基频。峰值幅度最高可达连续输入/输出直流电流幅度的5倍。过渡时间通常约为50ns。这两个环路最容易受到电磁干扰,因此这些交流环路必须放在电源中的其他走线之前。每个回路的三个主要部件是滤波电容器,电源开关或整流器,电感器变压器。相邻放置并调整组件位置,使它们之间的电流路径尽可能短。建立开关电源布局的最佳方法与其电气设计类似。最佳设计流程如下:

放置变压器

设计电源开关电流环

设计输出整流器电流环

连接到交流电源电路的控制电路

分析PCB开关电源设计中电源不稳定的原因

设计输入电流源环路和输入滤波器设计输出负载环路和输出滤波器根据电路的功能单元,在布置电路的所有组件时应满足以下原则:

(1)首先考虑PCB尺寸。

当PCB尺寸太大时,印刷线条很长,阻抗增大,抗噪声能力降低,成本也增加;如果尺寸太小,散热不好,相邻的线路容易受到干扰。板的最佳形状为矩形,纵横比为3:2或4:3。电路板边缘的元件距离电路板边缘一般不小于2mm。

(2)考虑放置器件时未来的焊接,不要太密集。

(3)以每个功能电路的核心部件为中心并围绕它进行排列。元件应均匀,整齐,紧凑地布置在PCB上,以最大限度地减少和缩短元件之间的引线和连接。去耦电容尽可能接近器件的VCC。

(4)对于工作在高频的电路,应考虑元件之间的分布参数。通常,电路应尽可能平行布置。通过这种方式,它不仅美观,而且易于焊接,易于批量生产。

(5)根据电路的流动布置每个功能电路单元的位置,使布局便于信号循环并使信号尽可能保持一致。

(6)布局的第一个原则是确保布线的布线速率。移动设备时要注意飞线的连接,并将设备与连接关系放在一起。

(7)尽可能减少环路面积抑制开关电源的辐射干扰。

4。接线开关电源包含高频信号。 PCB上的任何印刷电路都可以用作天线。印刷电路的长度和宽度将影响其阻抗和电感,从而影响频率响应。即使通过DC信号的印刷线也可以耦合到来自相邻印刷线的RF信号并引起电路问题(甚至再次辐射干扰信号)。因此,所有通过交流电的走线应设计得尽可能短而宽,这意味着连接到走线并连接到其他电源线的所有元件必须放置得非常接近。迹线的长度与其所呈现的电感和阻抗成比例,并且宽度与迹线的电感和阻抗成反比。长度反映了印刷线的响应波长。长度越长,印刷线可以传输和接收电磁波的频率越低,并且它辐射更多的RF能量。根据印刷电路板的电流,尝试增加电源线的宽度并减小回路电阻。同时,电源线和地线的方向与电流方向一致,有助于提高抗噪能力。接地是开关电源的四个电流回路的基础分支。它作为电路的共同参考点起着重要作用。这是控制干扰的重要方法。因此,应仔细考虑接地线在布局中的位置。混合各种接地会导致电源运行不稳定。注意地线设计中的以下几点:

5。正确选择单点接地。一般来说,滤波电容的公共侧应该是唯一的连接点,其他接地点耦合到大电流的AC地。同级电路的接地点应尽可能接近,电流电路的电源滤波电容也应连接到本级的接地点,主要考虑回流的电流。电路各部分的接地发生变化,因为实际流动的线路阻抗会引起电路各部分的地电位变化引入干扰。在这种开关电源中,其布线和器件之间的电感影响较小,接地电路形成的环流对干扰影响较大,因此采用少量接地,即功率开关电流环(接地的几个设备接地)连接到接地引脚,输出整流电流回路的几个设备的接地也连接到相应的滤波电容的接地引脚,使电源工作稳定而不是容易自激。连接两个二极管或一个小电阻,实际上它可以连接到相对集中的铜箔上。

6。如果接地线尽可能厚,则接地电位随电流的变化而变化,这导致电子装置的定时信号电平不稳定并且抗噪声性能恶化。因此,确保每个大电流的接地。使用尽可能短而宽的印刷线,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,如果可能的话,地线宽度应大于3毫米。它也可以用作大面积铜的地线。未在印刷电路板上使用的地方作为地面连接到地面。

分析PCB开关电源设计中电源不稳定的原因

执行全局布线时,还必须遵循以下原则:

(1),布线方向:从焊接面,利用示意图尽可能保持元件的布置方向,并且布线方向优选地与电路图的布线方向一致,因为在生产过程中通常需要在焊接表面上的各种参数。检测,方便生产中的检查,调试和维修(注:参考电路性能和机器安装要求以及面板布局要求)。

( 2)在设计接线图时,应尽可能少地转动走线,并且印刷弧上的线宽不应突然。电线的角应≥90度,线应简单明了。

(3)印刷电路不允许交叉电路。对于可能交叉的线,可以通过“钻孔”或“缠绕”来解决。也就是说,引线从其他电阻器,电容器和三极管下方的间隙“钻出”,或者从可能穿过的引线的一端“受伤”。在特殊情况下,电路很复杂,可以简化设计。使用导线桥接来解决交叉电路问题。由于单个面板,直列式部件位于顶部表面上,而表面安装装置位于底部表面上。因此,在线设备可以在布局期间与表面贴装器件重叠,但应避免焊盘重叠。

(4)输入接地和输出接地DC-DC开关电源的电压是低电压。为了将输出电压反馈回变压器的初级,两侧的电路应具有公共参考地。因此,在两侧的铜线分别用铜铺设后,也连接在一起形成一个共地。

(5)检查线路设计完成后,有必要仔细检查接线设计是否符合设计人员规定的规则,并确认既定规则是否符合印刷电路板生产工艺的要求,并一般检查线路和电线,电线和元件焊接。盘,线和通孔,元件垫和通孔,通孔和通孔之间的距离是否合理,是否满足生产要求。电源线和接地线的宽度是否合适? PCB中是否有地方可以加宽地线?注意:某些错误可以忽略。例如,一些连接器的轮廓放置在板框架外部,并且在检查间距时检测到错误。此外,每次修改走线和过孔时,铜都会被重新复制一次。

7。根据“PCB检查表”,内容包括设计规则,层次定义,线宽,间距,焊盘,通孔设置,还重点审查设备布局,电源,地面网络路由,高速跟踪和屏蔽的合理性。时钟网络,去耦电容的布局和连接等。

8。设计输出照明文件的注意事项:

(1)要输出的层有布线层(底层),丝网层(包括顶部丝网印刷,底部丝网印刷),焊接掩模(底部焊料)掩模),钻孔图层(底层),还生成钻孔文件(NCDrill)。

(2)设置丝网图层的图层时,不要选择PartType,选择“图形”,“文本”,“线条”的顶层(底层)和丝网图层。设置每个图层的图层时,选择Board Outline,设置丝印图层的图层,不要选择零件类型,选择Outline,Text,Line.d的顶部(底部)和丝网图层。创建钻取文件时,请使用Power PCB的默认设置,不要进行任何更改。