一次搞定开关电源设计时PCB布局的关键

开关电源产生的电磁干扰,时常会影响到电子产品的正常工作,因而正确的开关电源PCB排版就变得非常重要。

许多情况下,一个在纸上设计得非常完美的电源可能在初次调试时无法正常工作,原因是该电源的PCB布线存在着许多问题。

在开关电源设计中,PCB设计是非常关键的一步,它对电源的性能、EMC要求、可靠性、可生产性都影响很大。

随着电子技术的发展,开关电源的体积越来越精巧,性能更加强大,开关频率也越来越高,器件的密集度也越来越高,这对PCB布局布线的抗干扰要求也越来越严,因而合理、科学的PCB布局就变得非常重要。本文将就如何在第一次就实现良好的PCB布局提出建议。

大原则:开关电源不管是布局还是布线优先都应该优先参考芯片datasheet,一般芯片手册中都会给出相应的layout Design Guide指导,走线之前一定要好好看。

“图1”
图1

很多时候单板空间有限,结构上也有限制,这时我们又该怎么去权衡我们的设计?

其实设计开关电源时还是有一些设计经验可循的,不是说随便放上去、挤得下就完事的。

一般PCB布局要遵循几点

1、布局的首要原则是保证布线的布通率,移动器件时要注意飞线的连接,要把有连线关系的器件放在一起;

2、确定开关电源模块在PCB板上的位置。开关是一个强烈的EMI辐射源,应远离时钟、接口等敏感器件摆放,并且要尽量靠近用电端,同时考虑散热和装配性等因素;

3、确定原理框图中主电源通道,以及地的区别(电源地、信号地、其他信号地)。如图2所示:红色为主电流通道;紫色为地的区别;蓝色为反馈通道;

“图2”
图2

4、以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上,这样,不但美观,而且装焊容易,易于批量生产。尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接,去耦电容尽量靠近IC管脚,地线要短;

5、放置器件时要考虑以后的焊接和维修,两个高度高的元件之间尽量避免放置矮小的元件,元件之间最好也不要太密集,也要考虑实际的贴片加工能力;

6、元件布局的时候,要优先考虑高频脉冲电流和大电流的环路面积,要使高频环路的面积应尽可能地减小,以抑制开关电源的辐射干扰;

“图3”
图3

7、按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽可能保持一致的方向;

8、过孔放置不应破坏高频电流在地层上的路径;

9、发热元件(如变压器、开关管、整流二极管等)的布局要考虑散热的效果,使得整个电源的散热均匀,对温度敏感的关键元器件(如IC)应远离发热元件,发热较大的器件应与电解电容等影响整机寿命的器件有一定的距离。

“图4”
图4

对于常见的开关电源的举例我们就先介绍到这里。当然,以上只是个人总结的一些开关电源PCB设计的经验,还有很多细节上或其他方面的知识需要注意。在动手布局前,仔细思考PCB布局将事半功倍,有助于节省处理开关电源异常所需花费的时间。

PCB设计除了原则要求和经验知识之外,最重要的一点是细心、检查!

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