PCB部落格 - 開關電源PCB板設計技巧和電氣安全規範

在任何開關電源設計中, 的物理設計 PCB電路板 是一個連結. 如果設計方法不合適, 這個 PCB板 可能輻射過多電磁干擾, 導致電源工作不穩定. 每一步都需要注意以下幾點.

1 從原理圖到 PCB板
建立部件參數-“輸入原理網表-”設計參數設置-“手動佈局-”手動接線-“驗證設計-”審查-“CAM輸出.

2. Parameter setting
The 間距 between adjacent wires must meet electrical safety requirements, 為了便於操作和生產, 間距應盡可能寬. 間距應至少適合耐受電壓. 佈線密度低時, 訊號線的間距可以適當新增. 記錄道間距設定為8mil. 襯墊內孔邊緣到印製板邊緣的距離應大於1mm, 以避免焊盤在加工過程中出現缺陷. 當連接到焊盤的痕迹很薄時, 焊盤和痕迹之間的連接應設計成水滴形狀. 這樣做的優點是墊子不容易剝離, 但是痕迹和焊盤不容易斷開.

3. Component layout
Practice has proved that even if the circuit schematic design is correct, 印刷電路板設計不當將對電子設備的可靠性產生不利影響. 例如, 如果印製板的兩條細平行線非常接近, 訊號波形將延遲, 反射雜訊將在傳輸線末端形成； 對電源和地線考慮不周而造成的干擾將導致產品故障. 效能下降, 囙此，在設計印刷電路板時，應注意使用正確的方法. Each switching 電源 has four current loops:
(1) Power switch AC circuit
(2) Output rectifier AC circuit
(3) Input signal source current loop
(4) Output load current loop input loop
The input capacitor is charged by an approximate DC current, 濾波電容器主要作為寬帶儲能； 同樣地, 輸出濾波電容器還用於存儲來自輸出整流器的高頻能量, 同時消除輸出負載回路的直流能量. 因此, 輸入和輸出濾波電容器的端子非常重要, 輸入和輸出電流回路只能分別從濾波電容器的端子連接到電源； 如果輸入之間的連接/輸出回路和電源開關/整流器回路不能直接連接端子, 交流能量將通過輸入或輸出濾波電容器輻射到環境中. 功率開關的交流回路和整流器的交流回路包含高幅值梯形電流. 這些電流具有高次諧波含量, 它們的頻率遠大於開關基頻. 峰值振幅可高達連續輸入振幅的5倍/輸出直流電流. 過渡時間通常約為50ns. 這兩個回路容易受到電磁干擾, 囙此，必須先佈置這些交流回路，然後才能佈置電源中的其他軌跡. 每個回路的3個主要部件, 濾波電容器, 電源開關或整流器, 電感器或變壓器, 應該是同步的. 將它們相鄰放置，並定位元件，使它們之間的電流路徑盡可能短.

建立開關電源佈局的方法類似於其電力設計. The design flow is as follows:
1 Place the transformer
2 Design the power switch current loop
3 Design the output rectifier current loop
4 Control circuit connected to AC power circuit
Design the input current source loop and input filter Design the output load loop and output filter According to the functional unit of the circuit, 在佈置電路的所有部件時, the following principles should be followed:
(a) First, 考慮 PCB板. 當 PCB板 太大了, 列印的線條會很長, 阻抗將新增, 抗雜訊能力會降低, 成本也會新增； 如果尺寸太小, 散熱不良, 相鄰線路容易受到干擾. 電路板的形狀為矩形, 縱橫比為3:2或4:3. 位於電路板邊緣的部件與電路板邊緣的距離通常不小於2mm.
(b) When placing the device, 考慮後續焊接, 不太密集.
(c) Take the component of each functional circuit as the center and make a layout around it. 部件應均勻, 整齊緊湊地佈置在 PCB板, 最小化並縮短部件之間的導線和連接, 並將去耦電容器盡可能靠近裝置的VCC.
(d) For circuits that work at high frequencies, 應考慮組件之間的分佈參數. 在一般電路中, 部件應盡可能平行佈置. 以這種管道, 它不僅美麗, 而且易於安裝和焊接, 易於批量生產.
(e) Arrange the position of each functional circuit unit according to the circuit flow, 這樣佈局便於訊號流通, 訊號的方向盡可能保持一致.
(f) The first principle of layout is to ensure the routing rate of wiring, 移動設備時注意飛線的連接, 並將具有連接關係的設備放在一起.
(g) Reduce the loop area as much as possible to suppress the radiation interference of the switching power supply.

4. Wiring
The switching power supply contains high-frequency signals, PCB上的任何印刷線路都可以充當天線. 印刷導線的長度和寬度將影響其阻抗和電感, 從而影響頻率回應. Even traces passing through DC signals can couple to RF signals from adjacent traces and cause circuit problems (or even radiate interfering signals again). 因此, 所有攜帶交流電流的記錄道應設計為盡可能短和寬, 這意味著所有連接到跡線和其他電源線的組件必須緊密放置在一起. 軌跡的長度與它顯示的電感和阻抗成正比, 而寬度與軌跡的電感和阻抗成反比. 長度反映了軌跡響應的波長. 長度越長, 軌跡可以發送和接收電磁波的頻率越低, 它可以輻射更多的射頻能量. 根據印刷電路板電流的大小, 儘量新增電源線的寬度，以减少回路電阻. 同時, 使電源線和地線的方向與電流方向一致, 這將有助於增强抗雜訊能力. 接地是開關電源四個電流回路的底部支路. 它作為電路的公共參考點起著重要作用, 這是控制干擾的重要方法. 因此, 佈局中應仔細考慮地線的放置. 混合各種接地將導致電源運行不穩定.

The following points should be paid attention to in the ground wire design:
4.1通常正確選擇單點接地, 濾波電容器的公共端子應為與高電流交流接地耦合的其他接地點的連接點, 同一電路的接地點應盡可能靠近, 該級電路的電源濾波電容器也應連接. 在此接地點水准, 主要考慮的是，從電路每個部分返回地面的電流會發生變化, 而實際流線的阻抗將導致電路各部分的地電位發生變化並引入干擾. 在此開關電源中, 其佈線和器件之間的電感幾乎沒有影響, 接地電路形成的環流對干擾的影響較大, 囙此，採用單點接地, 那就是, the ground wires of the power switch current loop (the ground wires of several devices in Connected to the ground pin, 輸出整流器電流回路的幾個設備的地線也連接到相應濾波電容器的接地引脚, 使電源工作更穩定，不易自勵. 當無法實現單個點時, 公共接地在此處連接兩個二極體或一個小電阻器. 事實上, 它可以連接到一塊相對集中的銅箔上.
4.2使接地線盡可能厚. 如果接地線很薄, 接地電位將隨電流的變化而變化, 這將使電子設備的定時信號電平不穩定，抗雜訊效能惡化. 盡可能使用短而寬的印刷電線, 儘量加寬電源線和地線的寬度. 地線比電源線寬. Their relationship is: ground wire > power wire > signal wire. 如果可能的話, 接地線的寬度應大於3mm, 大面積的銅層也可用作地線, 印製板上未使用的地方作為地線連接到地面. 執行全域路由時, 還必須遵循以下原則. Refer to the diagram:
(1) 接線方向：從焊接表面開始, 部件的佈置應盡可能與示意圖一致, 接線方向應與電路圖的接線方向一致, 因為在生產過程中，通常在焊接表面上測試各種參數. 因此, 便於檢查, debugging and maintenance in production (Note: It refers to the premise of meeting the circuit performance and the requirements of the whole machine installation and panel layout). Wiring direction: From the welding surface, 部件的佈置應盡可能與示意圖一致, 接線方向應與電路圖的接線方向一致. 因為在生產過程中，通常會在焊接表面檢測到各種參數, 完成了. 便於檢查, debugging and maintenance in production (Note: It refers to the premise of meeting the circuit performance and the requirements of the whole machine installation and panel layout).
(2) When designing the wiring diagram, 接線應盡可能少地轉動, 列印弧上的線寬不應突然改變, 導線的角應為–90度, 線條應該簡單明瞭.
(3) Cross circuits are not allowed in the printed circuit. 對於可能交叉的線路, 您可以使用“鑽孔”和“纏繞”兩種方法. 那就是, 讓一根導線“鑽”過其他電阻器下的間隙, 電容器, 和3極管引脚, 或從導線的一端“包裹”可能穿過的導線. 在特殊情况下, 電路非常複雜, 也可以簡化設計. 使用跳線解决交叉電路問題. 由於單面板, 直列部件位於上表面, 表面安裝裝置位於底面上, 囙此，在佈局過程中，串聯器件可以與表面貼裝器件重疊, 但應避免襯墊重疊.
4.3本地開關電源中的輸入接地和輸出接地為低壓DC-DC. 如果輸出電壓要迴響到變壓器的一次側, 兩側電路應具有公共參攷接地. 連接在一起形成共同點.

5. Inspection
After the wiring design is completed, 必須仔細檢查接線設計是否符合設計師製定的規則, 同時, 有必要確認製定的規則是否符合印製板生產工藝的要求. 通常地, 檢查線路和線路, 線路和部件襯墊, 線是否與通孔之間的距離, 組件墊和通孔, 通孔和通孔合理, 是否滿足生產要求. 電源線和地線的寬度是否合適, 以及PCB中是否有任何地方可以加寬地線. 注意：一些錯誤可以忽略. 例如, 一些連接器的部分輪廓放置在電路板框架外, 檢查間距時會出現錯誤； 此外, 每次修改記錄道和過孔後, 銅必須重新包層. 根據“PCB板 檢查表“, 內容包括設計規則, 圖層定義, 線條寬度, spacing, 墊, 和via設定. 還需要審查設備佈局的合理性, power supply, 接地網接線, 和高速時鐘. 網絡路由和遮罩, 去耦電容器的放置和連接, 等.

6. Design output
Notes on outputting lightpaint files:
a. The layers that need to be output are wiring layer (bottom layer), silk screen layer (including top layer silk screen, bottom layer silk screen), solder mask layer (bottom layer solder mask), drilling layer (bottom layer), in addition to generate drill file (NC Drill )
b. 設定絲印層時, 不要選擇零件類型, select the top layer (bottom layer) and Outline, 文字, 絲印層線條.
c. 設定每層的層時, 選擇電路板輪廓. 設定絲印層時, 不要選擇零件類型, 但選擇大綱, 文字, and Line of the top layer (bottom layer) and silk screen layer.
d. 生成鑽孔檔案時, 使用電源的默認設置 PCB板 不要做任何改變.