【画板经验】 PCB设计技巧之开关电源

在任何开关电源设计中，PCB板的物理设计都是最后一个环节，若是设计方法不当，PCB可能会辐射过多的电磁干扰，形成电源工做不稳定，如下针对各个步骤中所需注意的事项进行分析。
　　1. 从原理图到PCB的设计流程
　　创建元件参数——>输入原理网表->设计参数设置->手工布局->手工布线->验证设计——>复查->CAM输出。
　　2. 参数设置
　　相邻导线间距必须能知足电气安全要求，并且为了便于操做和生产，间距也应尽可能宽些。最小间距至少要能适合承受的电压，在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽量地短且加大间距，通常状况下将走线间距设为8mil。焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm，这样能够避免加工时致使焊盘缺损。当与焊盘链接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的链接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。
　　3. 元器件布局
　　实践证实，即便电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如，若是印制板两条细平行线靠得很近，则会造成信号波形的延迟，在传输线的终端造成反射噪声；因为电源、地线的考虑不周到而引发的干扰，会使产品的性能降低，所以，在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法。每个开关电源都有四个电流回路：
　　◆ 电源开关交流回路
　　◆ 输出整流交流回路
　　◆ 输入信号源电流回路
　　◆ 输出负载电流回路输入回路
　　经过一个近似直流的电流对输入电容充电，滤波电容主要起到一个宽带储能做用；相似地，输出滤波电容也用来储存来自输出整流器的高频能量，同时消除输出负载回路的直流能量。因此，输入和输出滤波电容的接线端十分重要，输入及输出电流回路应分别只从滤波电容的接线端链接到电源；若是在输入/输出回路和电源开关/整流回路之间的链接没法与电容的接线端直接相连，交流能量将由输入或输出滤波电容并辐射到环境中去。
　　电源开关交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形电流，这些电流中谐波成分很高，其频率远大于开关基频，峰值幅度可高达持续输入/输出直流电流幅度的5倍，过渡时间一般约为50ns。这两个回路最容易产生电磁干扰，所以必须在电源中其它印制线布线以前先布好这些交流回路，每一个回路的三种主要的元件滤波电容、电源开关或整流器、电感或变压器应彼此相邻地进行放置，调整元件位置使它们之间的电流路径尽量短。
　　创建开关电源布局的最好方法与其电气设计类似，最佳设计流程以下：
　　1.放置变压器
　　2.设计电源开关电流回路
　　3.设计输出整流器电流回路
　　4.链接到交流电源电路的控制电路
　　设计输入电流源回路和输入滤波器 设计输出负载回路和输出滤波器根据电路的功能单元，对电路的所有元器件进行布局时，要符合如下原则：
　　● 首先要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增长，抗噪声能力降低，成本也增长；太小则散热很差，且邻近线条易受干扰。电路板的最佳形状为矩形，长宽比为3：2或4：3，位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘通常不小于2mm
　　● 放置器件时要考虑之后的焊接，不要太密集
　　● 以每一个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、 整齐、紧凑地排列在PCB上，尽可能减小和缩短各元器件之间的引线和链接， 去耦电容尽可能靠近器件的VCC
　　● 在高频下工做的电路，要考虑元器件之间的分布参数。通常电路应尽量使元器件平行排列。这样，不但美观，并且装焊容易，易于批量生产
　　● 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽量保持一致的方向
　　● 布局的首要原则是保证布线的布通率，移动器件时注意飞线的链接，把有连线关系的器件放在一块儿
　　●尽量地减少环路面积，以抑制开关电源的辐射干扰
　　4.布线
　　开关电源中包含有高频信号，PCB上任何印制线均可以起到天线的做用，印制线的长度和宽度会影响其阻抗和感抗，从而影响频率响应。即便是经过直流信号的印制线也会从邻近的印制线耦合到射频信号并形成电路问题（甚至再次辐射出干扰信号）。所以应将全部经过交流电流的印制线设计得尽量短而宽，这意味着必须将全部链接到印制线和链接到其余电源线的元器件放置得很近。
　　印制线的长度与其表现出的电感量和阻抗成正比，而宽度则与印制线的电感量和阻抗成反比。长度反映出印制线响应的波长，长度越长，印制线能发送和接收电磁波的频率越低，它就能辐射出更多的射频能量。根据印制线路板电流的大小，尽可能加租电源线宽度，减小环路电阻。 同时、使电源线、地线的走向和电流的方向一致，这样有助于加强抗噪声能力。接地是开关电源四个电流回路的底层支路，做为电路的公共参考点起着很重要的做用，它是控制干扰的重要方法。所以，在布局中应仔细考虑接地线的放置，将各类接地混合会形成电源工做不稳定。
　　5.检查
　　布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，通常检查线与线、线与元件焊盘、线与贯通孔、元件焊盘与贯通孔、贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否知足生产要求。 电源线和地线的宽度是否合适，在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。注意： 有些错误能够忽略，例若有些接插件的Outline的一部分放在了板框外，检查间距时会出错；另外每次修改过走线和过孔以后，都要从新覆铜一次。
　　复查根据“PCB检查表”，内容包括设计规则，层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置，还要重点复查器件布局的合理性，电源、地线网络的走线，高速时钟网络的走线与屏蔽，去耦电容的摆放和链接等。
　　6.设计输出
　　输出光绘文件的注意事项：
　　● 须要输出的层有布线层（底层）、丝印层（包括顶层丝印、底层丝印）、阻焊层（底层阻焊）、钻孔层（底层），另外还要生成钻孔文件（NC Drill）
　　● 设置丝印层的Layer时，不要选择Part Type，选择顶层（底层）和丝印层的Outline、Text、Line
　　● 在设置每层的Layer时，将Board Outline选上，设置丝印层的Layer时，不要选择Part Type，选择顶层（底层）和丝印层的Outline、Text