开关电源的PCB设计经验总结[推荐]_开关电源设计经验总结

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对于开关电源,PCB布线毫无疑问是非常重要的一个环节.然而市面似乎很没有合适的书籍来阐述这一块,这主要是由于写书的人不太具有工程经验,具有工程经验的人往往不会写书导致.在这里先挖一个坑,我会慢慢和大家分享这些年来在PCB布线方面的经验,欢迎大家参与讨论.暂时先罗列一下大致内容: 1.原理图的绘制 2.PCB封装 3.布局 4.走线

5.机械,散热和EMI考量 6.Gerber文件的生成 7.制板工艺说明

不好意思,最近比较忙,所以进度会比较慢.首先,你要开始这个工作,先掌握一款软件,画PCB的软件很多,protel,AD,PADS, Power PCB, Allegro等等.当然这些只是工具,在这里并不讨论某种软件怎么用.第一步,我们来讨论怎么画原理图.可能很多工程师觉得怎么画原理图不重要,只要画对就行.其实不然,画图和编程一样,一个是要正确,二是要有可读性,逻辑分明.要是一张原理图,n久之后连你自己都看不懂,那肯定不是好原理图.对于电源原理图,要做到逻辑分明并不难.1.首先要把功率电路和控制电路区分开来.如果你是简单电路,可以放在一张原理图里.比如上面 为功率电路,下面为控制电路.并且将初次级分割明显.如果你是复杂电路,可以采用多张原理图,比如PFC一页,DCDC一页,PFC控制电路一 页,DCDC控制电路一页,还有各种保护也单独一页.2.每个功能模块,都应该有简短的文字说明.3.尽量少用交叉,但又不连接的连线.过多的交叉线,会导致看不清楚,而且有可能会误连接.4.合理利用网络名,原理图中每一个节点都有一个独一无二的net name,所以对一些无法用连线连接的节点,可以用net来连接,但是net的名字应该取得比较形象,容易读懂.对于跨页的连接,应该采用全局的网络名.在画原理图的时候,还需要养成一些小的良好习惯,比如

1.一些在布板的时候需要彼此靠近的器件,在原理图中最好也画在一起.2.在第一次研发的时候,应该预留一些调试的器件位置,有利于增加器件.3.善于利用0欧姆电阻,0欧姆电阻可以将一个net分成二个net,有利于布线.在你布比较复杂的电路的时候,会发现有时候很多走线是一个net的,但是又不能混在一起.比如功率地,信号地.那么在布线的时候,为了能自动互相避让,可以将其分成两个net.原理图是一个项目的开始,也是最为关键的一环.所以在画原理图的时候,应该仔细审查,任何一个细微错误,都会导致将来花大力气来弥补.原理图一旦完成,就该进行编号,同时每一次修改,都应该另存,不要随意覆盖旧文件,避免出错后找不到原来的文件.那么如果原理图准备完毕,就要开始准备每一个所用器件的PCB封装.在大公司里,通常PCB封装有严格的规范,或许有专人制作,那么电源工程师就省去了这个麻烦.但是在一些小公司里,封装还得工程师自己来画,那么要注意些什么呢? 1.封装的脚位必须和原理图脚位一一对应,比如电解电容,如果脚位对错,那可糟糕了.2.要了解生产工艺对封装的要求,通常生产线会积累一些经验,比如封装焊盘多大,生产效率比较高,那么工程师在做封装的时候要事先了解这些规范,尽量迁就产线标准.这样生产效率才能提高.其次,不同的焊接工艺,比如是波峰焊,还是回流焊,都会对焊盘有不同的要求.3.对于一些对称的封装，一定要注意标记,比如标记1脚,避免装反.对于定制的器件,最好搞成不对称,可防反.如果开始布局了,首先要考量的就是器件的总体摆放.1.要考量功率电路的走向,功率电路是占了PCB大部分的区域,那么这部分电路的走向就非常重要了.通常对于功率比较大的电路,走向有以下几种.直线型:输入在一边,输出在另外一边.回字型:输入和输出在同一边,绕个弯回来.蛇形:绕好几个弯

多块板子,比如有AB两块板子,中间用飞线连接.(注意飞线上要走直流电流,减少EMI)当然还有其他的一些,总的来说,功率走向要清晰,不能胡乱交叉.对于布局，为了考虑EMI，首先需要对原理图的EMI产生源头进行分析，首先保证功率电路的EMI的源头的环路最小，在此基础上去布局比较好！我现在指导 LAYOUT 布局就是依据这点来布的，其次在对芯片的周围原件的布局时，先把关键的原件给优先布局，然后在布局其他次要的，举个例子，如芯片的去耦电容优先布局，控制 器的震荡优先布局，反馈回路优先布局等等。

对于大致的功率走向确定之后,要来分别细化各个功率电路的走向,首先看EMI的滤波器的,布局

EMI滤波有个大概的原则,就是输入和输出尽量远离.如果输入和输出很靠近,那么输入输出之间的耦合电容,会导致高频滤波效果变差.滤波器走向如下:

那么再来看一下一个简单的反激电路

如果从结构,散热的角度来考虑的话,要注意一些细节: 板子的重量尽量均衡,不要把重物器件都集中在某一区域.热源器件也不要都聚集在一块,不然互相提高温升.对热敏感的器件,比如电解电容,不要靠近热源,或者热源的下风口.对于风冷的电源,要注意风道的畅通,发热器器件尽量处于下风口,对热敏感器件处于上风口.对于容易破裂的器件,比如陶瓷电容,不要放在PCB容易弯曲的地方,比如定位孔附近.除此之外，还有一个重要的环节，就是要事先了解安规，要知道你设计的产品，将来要过哪个地区的哪些安规。

要事先考虑好，各个爬电距离，电气间隙的要求。事实上安规的细节要求是非常多的，对于研发工程师来说，一开始就要和安规工程师做好沟通，了解一些细节。最主要的一些细节，大致有这些，保险丝前的火线和零线的距离。初级，次级，大地之间的距离。两个不同电位点之间的距离。

这些，以后有时间可以和大家专门以安规的角度去讨论。

关于控制电路的布局,通常复杂点的电源,控制电路分为控制部份,和驱动部份.而驱动部份介于功率电路和信号电路之间,是一定的干扰源,而抗干扰能力要比信号电路强.简单一点的电路,控制和驱动是集成在一块的.那么需要注意的是: 1.控制电路的布局,应该尽量远离功率电路,不宜和功率电路混在一起.特别需要避开dv/dt大的节点,di/dt大的环路.2.布局应该以IC为中心,优先布局震荡电容,去耦电容等电容器件.因为容性器件起到滤除高频噪音的功能,为了减少寄生电感,要和IC的引脚尽量近.3.驱动电路必须靠近MOS,这样驱动电路的环路才会比较小,一个减少干扰,二减少驱动线上的寄生电感.当布局初步完成之后,就要切入我们讨论的重点,如何布线.对于电源来说布线并非简单的连连起来这么简单,有诸多的细节需要考虑.首先,在布线之间,你要了解合作的PCB厂家的工艺水平.比如你采用1盎司的铜厚,通常的厂家能做的最小线宽和最小间距大概在5mil左右,如果你设计的太小,会导致工艺做不到.同样铜厚越厚,最小线宽和间距就会越大.通常2盎司,会要求7mil以上,3盎司会要求8mil以上.当然这些都是要看各个PCB厂家的工艺水平.所以在设置布线规则之前,要先了解这些.接下来,应该知道多大的电流需要多宽的铜皮.也就是所谓的走线的电流密度,这个没有唯一的标准,完全受铜线的温升限制.但是IPC-2221提供一个参考计算.为了方便计算,国外的网友设计了一个网页: http://circuitcalculator.com/wordpre/2006/01/31/pcb-trace-width-calculator/

但是有一个前提需要告知,该计算方法是在没有其它热源影响的前提下.所以在设计的时候,你要注意走线附近的热源,来估算PCB走线容许的温升是多少.对于PCB走线,无非是铜皮而已,所以不单单走线具有电阻,会发热,会有压降.在高频开关电源里面,走线带来的另外一个寄生参数可能会更值得关注,那就是寄生电感.每一根走线都会带来或大或小的寄生电感.这些电感,带来震荡,噪音.....

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