精華:搞定開關電源PCB布線設計的八大要點
發布時間:2014-03-21 來源:電子元件技術網論壇 責任編輯:sherryyu
為了適應電子產品飛快的更新換代節奏,產品設計工程師更傾向於選擇在市場上很容易采購到的AC/DC適配器,並把多組直流電源直接安裝在係統的線路板上。由於開關電源產生的電磁幹擾會影響到其電子產品的正常工作,正確的電源PCB排版就變得非常重要。根據經驗總結了8點開關電源PCB排版的基本要點。
開關電源PCB布線的8個要點總結:
1)旁路瓷片電容器的電容不能太大,而它的寄生串聯電感應盡量小,多個電容並聯能改善電容的阻抗特性;
2)電感的寄生並聯電容應盡量小,電感引腳焊盤之間的距離越遠越好;
3)避免在地層上放置任何功率或信號走線;
4)高頻環路的麵積應盡可能減小;
5)過孔放置不應破壞高頻電流在地層上的路徑;
6)係統板上一小同電路需要不同接地層,小同電路的接地層通過單點與電源接地層相連接;
7)控製芯片至上端和下端場效應管的驅動電路環路要盡量短;
8)開關電源功率電路和控製信號電路元器件需要連接到小同的接地層,這二個地層一般都是通過單點相連接。
開關電源PCB排版與數字電路PCB排版完全不一樣。在數字電路排版中,許多數字芯片可以通過PCB軟件來自動排列,且芯片之間的連接線可以通過PCB軟件來自動連接。用自動排版方式排出的開關電源肯定無法正常工作。所以,設計人員需要對開關電源PCB排版基本規則和開關電源工作原理有一定的了解。下麵將為大家詳解。
開關電源PCB排版基本要點詳解(挑選了幾點,其餘詳解大家可詳見:http://bbs.cntronics.com/thread-232232-1-1.html)
電容高頻濾波特性

圖1是電容器基本結構和高頻等效模型。
[page]
電容的基本公式是

式(1)顯示,減小電容器極板之間的距離(d)和增加極板的截麵積(A)將增加電容器的電容量。電容通常存在等效串聯電阻(ESR)和等效串聯電感(ESL)二個寄生參數。
圖2是電容器在不同工作頻率下的阻抗(Zc)。


當電容器工作頻率接近fo時,電容阻抗就等於它的等效串聯電阻(RESR)。
[page]
電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)一(yi)般(ban)都(dou)有(you)很(hen)大(da)的(de)電(dian)容(rong)量(liang)和(he)很(hen)大(da)的(de)等(deng)效(xiao)串(chuan)聯(lian)電(dian)感(gan)。由(you)於(yu)它(ta)的(de)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)很(hen)低(di),所(suo)以(yi)隻(zhi)能(neng)使(shi)用(yong)在(zai)低(di)頻(pin)濾(lv)波(bo)上(shang)。鉭(tan)電(dian)容(rong)器(qi)一(yi)般(ban)都(dou)有(you)較(jiao)大(da)容(rong)量(liang)和(he)較(jiao)小(xiao)等(deng)效(xiao)串(chuan)聯(lian)電(dian)感(gan),因(yin)而(er)它(ta)的(de)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)會(hui)高(gao)於(yu)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi),並(bing)能(neng)使(shi)用(yong)在(zai)中(zhong)高(gao)頻(pin)濾(lv)波(bo)上(shang)。瓷(ci)片(pian)電(dian)容(rong)器(qi)電(dian)容(rong)量(liang)和(he)等(deng)效(xiao)串(chuan)聯(lian)電(dian)感(gan)一(yi)般(ban)都(dou)很(hen)小(xiao),因(yin)而(er)它(ta)的(de)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)遠(yuan)高(gao)於(yu)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)和(he)鉭(tan)電(dian)容(rong)器(qi),所(suo)以(yi)能(neng)使(shi)用(yong)在(zai)高(gao)頻(pin)濾(lv)波(bo)和(he)旁(pang)路(lu)電(dian)路(lu)上(shang)。由(you)於(yu)小(xiao)電(dian)容(rong)量(liang)瓷(ci)片(pian)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)會(hui)比(bi)大(da)電(dian)容(rong)量(liang)瓷(ci)片(pian)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)要(yao)高(gao),因(yin)此(ci),在(zai)選(xuan)擇(ze)旁(pang)路(lu)電(dian)容(rong)時(shi)不(bu)能(neng)光(guang)選(xuan)用(yong)電(dian)容(rong)值(zhi)過(guo)高(gao)的(de)瓷(ci)片(pian)電(dian)容(rong)器(qi)。為(wei)了(le)改(gai)善(shan)電(dian)容(rong)的(de)高(gao)頻(pin)特(te)性(xing),多(duo)個(ge)不(bu)同(tong)特(te)性(xing)的(de)電(dian)容(rong)器(qi)可(ke)以(yi)並(bing)聯(lian)起(qi)來(lai)使(shi)用(yong)。圖(tu)3是多個不同特性的電容器並聯後阻抗改善的效果。

電源排版基本要點1:旁路瓷片電容器的電容不能太大,而它的寄生串聯電感應盡量小,多個電容器並聯能改善電容的高頻阻抗特性。
圖4顯示了在一個PCB上輸入電源(Vin)至負載(RL)的不同走線方式。為了降低濾波電容器(C)的ESL,其引線長度應盡量減短;而Vin。正極至RL和Vin負極至R1的走線應盡量靠近。

[page]
高頻環路
開關電源中有許多由功率器件所組成的高頻環路,如果對這△環路處嬋得不好的話,就 會對電源的正常工作造成很大影響。為了減小高頻路所產生的電磁波噪音,該環路的麵積應該控製得非常小。如圖l1(a)所示,高頻電流環路麵積很大,就會在環路的內部和外部產生很強的電磁於擾。同樣的高頻電流,當環路麵積設計得非常小時,如圖11(b)所示,環路內部和外部電磁場互相抵消,整個電路會變得非常安靜。
電源排版基本要點4:高頻環路的麵積應盡可能減小。
[page]
過孔和焊盤放置
許多設計人員喜歡在多層PCB卜放置很多過孔(VIAS)。但dan是shi,必bi須xu避bi免mian在zai高gao頻pin電dian流liu返fan同tong路lu徑jing上shang放fang置zhi過guo多duo過guo。否fou則ze,地di層ceng上shang高gao頻pin電dian流liu走zou線xian會hui遭zao到dao破po壞huai。如ru果guo必bi須xu在zai高gao頻pin電dian流liu路lu徑jing上shang放fang置zhi一yi些xie過guo孔kong的de活huo,過guo孔kong之zhi間jian可ke以yi留liu出chu一yi空kong間jian讓rang高gao頻pin電dian流liu順shun利li通tong過guo,圖tu12顯示了過孔放置方式。

電源排版基本要點5過孔放置不應破壞高頻電流在地層上的流經。
設計者同時應注意不同焊盤的形狀會產生不同的串聯電感。下圖顯示了幾種焊盤形狀的串聯電感值。

旁路電容(Decouple)的放置也要考慮到它的串聯電感值。旁路電容必須是低阻抗和低ESL乩的瓷片電容。但如果一個高品質瓷片電容在PCB上放置的方式不對,它的高頻濾波功能也就消失了。下圖顯示了旁路電容正確和錯誤的放置方式。

[page]
電源直流輸出
許多開關電源的負載遠離電源的輸出端口。為了避免輸出走線受電源自身或周邊電子器件所產生的電磁下擾,輸出電源走線必須像圖(b)那樣靠得很近,使輸出電流環路的麵積盡可能減小。

地層在係統板上的分隔
新一代電子產品係統板上會同時有模擬電路、數字電路、開關電源電路。為了減小開關電源噪音對敏感的模擬和數字電路的影響,通常需要分隔不同電路的接地層。如果選用多層PCB,不同電路的接地層可由不同PCB板層來分隔。如果整個產品隻有一層接地層,則必須像圖中那樣在單層中分隔。無論是在多層PCB上進行地層分隔還是在單層PCB 上進行地層分隔,不同電路的地層都應該通過單點與開關電源的接地層相連接。

電源PCB排版基本要點6:係統板上不同電路需要不同接地層,不同電路的接地層通過單點與電源接地層相連接。
由於更多的“電源PCB排版基本要點詳解與實例講解”篇幅過大,想要了解全麵的大家可以下載附件學習:http://bbs.cntronics.com/thread-232232-1-1.html
相關閱讀:
PCB三種特殊布線方法分享及如何檢查PCB布線?
http://m.0-fzl.cn/emc-art/80022091
詳解ESD防護關鍵要素:合理的PCB布線準則
http://m.0-fzl.cn/cp-art/80020439
PCB布線技術中的抗幹擾設計
http://m.0-fzl.cn/test-art/80016189
- 噪聲中提取真值!瑞盟科技推出MSA2240電流檢測芯片賦能多元高端測量場景
- 10MHz高頻運行!氮矽科技發布集成驅動GaN芯片,助力電源能效再攀新高
- 失真度僅0.002%!力芯微推出超低內阻、超低失真4PST模擬開關
- 一“芯”雙電!聖邦微電子發布雙輸出電源芯片,簡化AFE與音頻設計
- 一機適配萬端:金升陽推出1200W可編程電源,賦能高端裝備製造
- 築基AI4S:摩爾線程全功能GPU加速中國生命科學自主生態
- 一秒檢測,成本降至萬分之一,光引科技把幾十萬的台式光譜儀“搬”到了手腕上
- AI服務器電源機櫃Power Rack HVDC MW級測試方案
- 突破工藝邊界,奎芯科技LPDDR5X IP矽驗證通過,速率達9600Mbps
- 通過直接、準確、自動測量超低範圍的氯殘留來推動反滲透膜保護
- 車規與基於V2X的車輛協同主動避撞技術展望
- 數字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創新應用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall




