PCB部落格 - 開關穩壓器生產中的PCB板設計規範

在電源的設計和生產中, 設計和生產 電路板 是非常重要的. 在任何開關電源設計中, 的物理設計 PCB板 是一個連結. 如果設計方法不合適, 這個 PCB板 可能會導致許多問題. 基於多年的 PCB板 設計, 尤其是在電源設計和生產方面的經驗, 作者分析了每一步的注意事項.

設計流程

從繪圖到PCB板的設計過程是：建立組件參數–輸入原理網表–設計參數設置–手動佈局–手動佈線–驗證設計–審查–CAM輸出。

電氣安全要求

電線的間距必須滿足電氣安全要求，間距必須至少適合耐受電壓，並且為了便於操作和生產，間距應盡可能寬。 當佈線密度較低時，可以適當新增訊號線的間距。 對於具有高電平和低電平差异的訊號線，間距應盡可能增大，一般為8mil。 焊盤內孔邊緣到印製板邊緣的距離應大於1mm，以避免加工過程中出現焊盤缺陷。 當連接到焊盤的痕迹較薄時，焊盤和痕迹之間的連接應設計成水滴形狀，其優點是焊盤不容易剝離，痕迹和焊盤不容易斷開。

組件佈局

元件佈局實踐證明，即使電路原理圖設計正確，印刷電路板設計不當，也會對電子設備的可靠性產生不利影響。 例如，如果印製板上的兩條細平行線靠得很近，則會導致訊號波形延遲，從而在傳輸線末端產生反射雜訊。 囙此，在設計印刷電路板時，應注意正確的方法。 開關電源有四個電流回路：功率開關交流回路、輸出整流器交流回路、輸入信號源電流回路和輸出負載電流回路。 輸入回路用近似直流電流對輸入電容器充電，濾波電容器主要用作寬帶儲能； 類似地，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。 囙此，輸入和輸出電流電路應僅從濾波電容器端子連接到電源； 如果輸入/輸出電路和功率開關/整流器電路之間的連接不能直接連接到電容器端子，交流能量將通過輸入或輸出。 過濾電容器並輻射到環境中。 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，其頻率遠大於開關基頻。 峰值幅度可高達連續輸入/輸出直流電流幅度的5倍。 過渡時間通常約為50ns。 這兩個回路容易受到電磁干擾，囙此這些交流回路必須在電源中的其他軌跡之前佈線。 每個回路的濾波電容器、功率開關或整流器、電感器或變壓器應相鄰放置，以便它們之間的電流路徑盡可能短。

在佈置電路的所有部件時，應遵循以下原則：

1）當PCB板尺寸過大時，印刷線路會很長，阻抗會新增，抗雜訊能力會降低，成本也會新增； 如果太小，散熱將很差，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，位於電路板邊緣的元件與電路板邊緣的距離通常不小於2mm。

2）放置設備時，考慮後續焊接，不要太密集。

3）以各功能電路的元件為中心進行佈局。 元器件應均勻、整齊、緊湊地佈置在PCB上，儘量減少和縮短元器件之間的引線和連接，去耦電容器應盡可能靠近器件的VCC。

4）對於高頻工作的電路，應考慮元件之間的分佈參數。 在一般電路中，元件應盡可能平行排列。 這樣，它不僅美觀，而且易於安裝和焊接，易於批量生產。

5）根據電路過程安排各功能電路單元的位置，使佈局便於訊號流通，訊號傳輸方向盡可能保持一致。

6）佈局的第一個原則是確保佈線的佈線率，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。

7）盡可能减小回路面積，以抑制開關電源的輻射干擾。

高頻處理

導線的長度和寬度影響其阻抗和電感，進而影響頻率回應。 即使通過直流訊號的記錄道也可能與相鄰記錄道的射頻訊號耦合，並導致電路問題（甚至再次輻射干擾訊號）。 囙此，所有攜帶交流電流的走線應設計為盡可能短和寬，這意味著連接到走線和其他電源線的所有組件必須緊密放置在一起。 根據印刷電路板電流的大小，嘗試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的方向一致，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，也是控制干擾的重要因素。 囙此，在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。 接地線的設計應注意以下幾點。

1、正確選擇單點接地

通常，電容器的公共端子應為其他接地點耦合到大電流交流接地的連接點，同一電路的接地點應盡可能靠近，並且該階段電路的電力濾波器電容器也應連接到該階段的接地點。 可採用單點接地，即電源開關電流回路中多個裝置的地線連接到接地引脚，輸出整流器電流回路中多個裝置的地線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，在公共接地處連接兩個二極體或一個小電阻器，或將其連接到一塊相對集中的銅箔上。

2、儘量加厚地線

接地線很薄，接地電位隨電流變化，這使得電子設備的定時信號電平不穩定，抗雜訊效能惡化。 囙此，有必要確保每個高電流接地端子列印的導線盡可能短和寬，儘量加寬電源線和接地線的寬度。 地線比電源線寬。 它們之間的關係是地線>電源線>訊號線。 如果可能，地線的寬度應大於3mm。 該層用作地線，印製板上未使用的地方作為地線連接到地面。

全域路由注意事項

從介面上看，元器件的排列應盡可能與原理圖一致，接線方向應與電路圖的接線方向一致。 在接線圖中，痕迹應盡可能少地轉動，列印弧上的線寬不應突然改變，導線的角應為–90°，線條應簡單清晰。 電路中不允許交叉電路。 對於可能交叉的線，可以使用“鑽孔”和“纏繞”兩種方法。 也就是說，讓一根導線從其他電阻器、電容器和3極管引脚下的間隙中“鑽出”，或者從可能交叉的導線一端“纏繞”。 如果電路非常複雜，也可以使用跨接線來簡化設計，以解决交叉電路的問題。

檢查和審查

設計完成後, 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. 一般檢查導線與導線之間的距離, 導線和元件墊, 導線和通孔, 組件墊和通孔, 通孔、通孔是否合理，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. 根據“PCB板清單”, 內容包括設計規則, 圖層定義, 線條寬度, 間距, 墊, 和via設定. 還需要審查設備佈局的合理性, 電源和接地網路由, 和高速時鐘網絡. 接線和遮罩, 安置, 和去耦電容器的連接 PCB板.