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    開關電源的電路板(PCB)電路規劃
    時間:2021-05-05 08:54:49 點擊次數:48

    大部分開關電源規劃最后一步便是印制PCB電路板的線路。如果這部分規劃有誤,也會導致電源的運行不穩定,產生過量的電磁攪擾(EMI)。PCB規劃是開關電源研制過程中極為重要的過程和環節,關系到開關電源能否正常運行,企業生產能否順利進行,運是否安全等問題。開關電源越來越趨向高速、寬帶、高靈敏度、高密布度和小型化,因此導致開關電源要面對PCB規劃的EMC電磁兼容性問題。本文介紹了開關電源PCB的規劃流程PCB的接地規劃。

    印制線路板支撐著電子產品電路元件和器材,它提供電路元件和器材之間的電氣銜接,它是各種電子設備最基本的組成部分,它的性能直接關系到電子設備質量的好壞。如果這部分規劃不妥,會使電源作業不穩定,產生過量的電磁攪擾(EMI)。著功率半導體器材的發展和開關技術飛速發展,開關電源的開關頻率與功率密度變得越來越高。然而,開關電源開關頻率不斷提高和功率密度不斷增大使開關電源內部的電磁環境日趨復雜。

    一、開關電源PCB的規劃流程

    每個開關電源一般都包含三個交流回路:電源開關交流回路、輸入整流回路、輸出整流回路。這些交流回路電流中諧波成分很高,其頻率遠大于開關頻率,峰值起伏很高。這三個回路最容易導致電磁攪擾產生,因而有必要在電源中其它印制線布線之前先布好這些交流回路,每個回路的主要元件如:濾波電容、電源開關或整流器、電感或變壓器應相互相鄰地進行放置,調整元件位置使它們之間的電流路徑盡或許短。因而,最佳規劃流程如下:放置變壓器;規劃電源開關電流回路;規劃輸出電流回路;規劃控制電路;規劃輸入電流回路。

    二、PCB與EMC

    1.PCB尺寸

    PCB尺寸過大時,印制線長,阻抗加,抗噪聲性能下降,成本也會上升;過小則散熱不好,且附近線條易受攪擾。電路板的最佳形狀矩形,而長寬比為3:2或4:3。

    2.確認PCB的層數

    依據電源、地的種類、信號線的密布程度、信號頻率、特殊布線要求的信號數量、周邊要素、成本價格等方面的綜合因素來確認PCB板的層數。要滿足EMC的嚴厲指標而且考慮制造成本,恰當添加地平面是PCB的EMC規劃最好的方法之一。對電源層而言,一般經過內電層切割能滿足多種電源的需求,但若需求多種電源供電,且相互交織,則有必要考慮選用兩層或兩層以上的電源平面。對信號層而言,除了考慮信號線的走線密布度外,從EMC的視點,還需求考慮關鍵信號(如時鐘、驅動信號等)的屏蔽或阻隔,以此確認是否添加相應層數。因而,開關電源中的PCB,如果資金成本允許,在PCB規劃時盡量不挑選單面板或雙面板,而挑選多層板。

    3.PCB上元器件的布局和走線原則。首要,對PCB板進行空間切開,下降PCB上不同類型的元器件之間彼此攪擾??臻g切開的施行方法就是對元器件進行分組,能夠根據電壓高低、數字器件或仿照器件、高速器件或低速器件以及電流巨細等特色,對電路板上的不同單元進行功用分組,每個功用組的元器件彼此緊湊的放置在一起以便得到最短的線路長度和最佳的功用特性。高壓、大功率器件與低壓、小功率器件應堅持必定間距,盡量分隔布線。通用原則如下:低電平信號線不能挨近高電平信號線,包括能產生瞬變的信號;將仿照電路和數字電路分隔,避免仿照電路、數字電路和電源公共回線產生公共阻抗耦合;安排電路時要使得信號線長度盡量??;確保相鄰板之間、同一板相鄰層面之間、同一層面相鄰布線之間不能有過長的平行信號線;在每個IC的電源和地之間都應當有去耦電容,這些去耦電容應該盡或許的挨近IC引腳,這將有助于濾除IC的開關噪聲;電磁攪擾濾波器要盡或許挨近攪擾源;電源開關元件和整流器應盡或許挨近變壓器放置,以使其導線長度最??;盡或許挨近整流二極管放置調壓元件和濾波電容器;對噪聲靈敏的布線不要與大電流,高速開關線平行,比如開關器件的驅動信號。此外,還應留意以下三點:在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時.操作它們時均會產生較大火花放電,有必要選用RC吸收電路來吸收放電電流。一般R取1-2kΩ,C取2.2-4.7μF;CMOS的輸入阻抗很高,且易受攪擾,因而在運用時對不用端要經過電阻接地或接正電源;在電源或高壓電路中走線之間留有滿意爬電距離是安全的重要因素,一般爬電距離為500V/1mm。在高濕潤環境和高電壓運用下,能夠采取走線間挖槽增強耐壓。

     

    開關電源PCB的接地規劃

    合適的接地方式有如下幾種:

    1.浮地:關于電子產品而言,浮動地是指設備的地線在電氣上與參考地及其它導體相絕緣,即設備浮動地,如圖所示;另一種情況是在有些電子產品中,為了避免機箱上的騷擾電流直接耦合到信號電路,因此需要將信號地與機箱絕緣,即單元電路浮動地。長處:電路與外部的地體系有良好的阻隔,不易受外部地體系上攪擾的影響。缺點:電路上易堆集靜電然后發生靜電攪擾,有或許發生危險電壓。

     

    2.單點接地可分為串聯單點接地與并聯單點接地。串聯單點接地接地點只要一個,是以一截面積足夠大的導體作為接地母線,直接接到電位基準點需求接地的各部分就近接到該母線上,由于接地母線阻抗很小,故可以把公共干擾減弱到允許的程度。并聯端點接地接地點只要一個,是將需求接地的各部分,別離以接地導線直接連到電位基準點(一般是直流電源的負極或零伏點);或者用樹枝狀的多點放射式。如圖所示。因為這樣僅有很少的公共信號返回導體,能有效地防止公共阻抗和接地閉合回路形成的干擾。缺點是接地線又長又多,經濟性差,并且限制了設備的工作速度或頻率。并聯單點接地主要應用于機框內各種匯流條的匯接。

     

    3.多點接地接地點多于一個的銜接方法,在高頻(f>10MHz)情況下,由于接地線的長度過長,引線電感和分布電容的影響不能疏忽,為降低接地阻抗、消除分布電容的影響而平面式多點接地,即使用一導電平面(如底板或多層印制電路板的導電平面層等)作為基準地,需求接地的各部分就近接到該基準地上。由于導電平面的高頻阻抗很低,所以各處的基準電位比較挨近。為進一步削減接地回路的壓降,可用旁路電容等方法削減返回電流的幅值及前沿陡度。多點接地方法首要應用于高頻信號到參閱平面的銜接。

    4.復合接地是單點接地和多點接地一起效果的銜接方法。既包含了單點接地地特性,也包含了多點接地地特性。首要應用于1MHz<f<10MHz,低頻時單點接地,高頻時多點接地的場合和雜亂體系的接地。

     

    四、PCB板接地規劃規范

    1.主電路的輸入與輸出有必要分開走線,電源的干擾一般由供電設備和電源進入體系的,獨立的一層電源層就有必要進行很好的濾波,有必要做好去耦電容的走線,而且PCB板的走線要盡或許的粗,最后到達減小環路電阻的目的。

    2.主電道路與控制線最好要彼此各不影響。數字地與模仿地分開走,若一塊PCB上既有邏輯電路和線性電路有必要要使他們分開,低頻電路的地應該采用單點并銜接地。高頻電路宜采用多點串聯接地,地線應為短而粗,高頻原件周圍盡量用柵格大面積地箔。

    3.高頻變壓器的信號線最好要單獨分開走。

    4.分開布線要避免平行走線??梢怨P直穿插,線距間隔最好在25MM以上。

    5.電纜不要貼在金屬外殼和散熱器走線,要堅持必定的間隔。電源輸入端跨接10-100UF的電解電容器,還有開關電源中運用較多的接觸器,繼電器,按鈕等元件時均會呈現較大的火花,有必要采用RC電路來吸收放點電流。

    開關電源印制線路板的電磁兼容規劃既有普通產品PCB規劃的共性,更有自己的特性。要規劃一塊完美的開關電源PCB,需求大量的經驗積累。而隨著新型高速器件和大型集成電路的應用越來越廣泛,電子線路也越來越雜亂,需求規劃人員不斷提高規劃水平,愈加深化的研討抗干擾技術,規劃出屬于自己的PCB精品。

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