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开关电源PCB布局对电路和EMI各有什么要求

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楼主
xunavc|  楼主 | 2018-7-31 15:22 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
  PCB布局是开关电源研发过程中的极为重要的步骤和环节,关系到开关电源能否正常工作,生产是否顺利进行,使用是否安全等问题。
  开关电源PCB布局比起其它产品PCB布局来说都要复杂和困难,要考虑的问题要多得多,归纳起来主要有以下几个方面的要求:
      
  一.电路要求
  1.PCB中的元器件必须与BOM一致。
  2.线条走线必须符合原理图,利用网络联机可以轻做到这一点。
  3.线条宽度必须满足最大电流要求,不得小于1mm/1A,以保证线条温升不超过℃.为了减少电压降有时还必须加宽宽度。
  4.为了减小电压降和损耗,视需要在线条上镀锡二.EMI要求1.初级电路与次级电路分开布置。
  2.交流回路, PFC、PWM回路,整流回路,,滤波回路这四大回路包围的面积越小越好,即要求:
  (1)各回路中功率组件彼此尽量靠近。
  (2)功率线条(两交流线之间、正线与地线之间)彼此靠近。
  3.控制IC要尽量靠近被控制的MOS管。
  4.控制IC周边的组件尽量靠近IC布置,尤其是直接与IC连接的组件, 如RT、CT电阻电容, 校正网络电阻电容, 应尽量在IC对应PIN附近布置. RT、CT 到PIN线条要尽量短。 线路板打样 https://www.jiepei.com/ 可以咨询捷配,捷配PCB是一家线路板工厂。
  5.PFC、PWM回路要单点接地. IC周边组件的地先接到IC地再接到MOS的S极, 再由S极引到PFC电容负极。
  6.反馈线条应尽量远离干扰源( 如PFC电感、 PFC二极管引线、 MOS管)的引线,不得与它们靠近平行走线。
  7.数字地与仿真地要分开, 地线之间的间距应满足一定要求。
  8.偏置绕阻的回线要直接接到PFC电容的负极。
  9.功率线条(流过大电流的线条)要短而宽, 以降低损耗, 提高响应频率, 降低接收干扰频谱范围.。
  10.在X电容、PFC电容引脚附近,铜条要收窄,以便充分利用电容滤波。
  11.输出滤波电容必要时可用两个小电容并联以减少ESR。
  12.PFC MOS和D、PWM MOS散热片必须接一次地,以减少共模干扰。
  13.二次侧的散热片、变压器外屏蔽应接二次地。
  下面我们以一块图形处理PCB为例
  在摆放好去耦电容后,可以看出所有外接口安装在PCB的下方,外接电源也不例外,从实用性的角度出发,一般我们选择把外接电源方向和接口方向摆放一只。通常是放在PCB板的左下角或者右下角。在图中我们把外接电源放置在PCB的右下角(1号区域)。在PCB的右面我们划分好了电源区域(上图的1.2.3.4.5.6.7)。一般各级电源摆放顺序是按照图示来一直排列上去,可以减少总线的长度,电压也是逐级递减的,12V-5V-3V。
  比如给CPU供电的电源,可以摆放在这个6号区域。给DDR供电的可以放在这个7号区域。
  电源和供电元件直接遵循就近原则。有时候没办法离得很近,也没有关系,可以飞线。但是一般不建议这么做。
  以下是开关电源PCB布局对EMI的要求
  1.开关电源的EMI源
  开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等,外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。
  (1)功率开关管
  功率开关管工作在On-Off快速循环转换的状态,dv/dt和di/dt都在急剧变换,因此,功率开关管既是电场耦合的主要干扰源,也是磁场耦合的主要干扰源。
  (2)高频变压器
  高频变压器的EMI来源集中体现在漏感对应的di/dt快速循环变换,因此高频变压器是磁场耦合的重要干扰源。
  (3)整流二极管
  整流二极管的EMI来源集中体现在反向恢复特性上,反向恢复电流的断续点会在电感(引线电感、杂散电感等)产生高 dv/dt,从而导致强电磁干扰。
  (4)PCB
  准确的说,PCB是上述干扰源的耦合通道,PCB的优劣,直接对应着对上 述EMI源抑制的好坏。
  2.开关电源EMI传输通道分类
  (一) 传导干扰的传输通道
  (1)容性耦合
  (2)感性耦合
  (3)电阻耦合
  a.公共电源内阻产生的电阻传导耦合
  b.公共地线阻抗产生的 电阻传导耦合
  c.公共线路阻抗产生的电阻传导耦合
  (二)。辐射干扰的传输通道
  (1)在开关 电源中,能构成辐射干扰源的元器件和导线均可以被假设为天线,从而利用电偶极子和磁偶极子理论进行分析;二极管、电容、功率开关管可以假设为电偶极子,电 感线圈可以假设为磁偶极子;(2)没有屏蔽体时,电偶极子、磁偶极子,产生的电磁波传输通道为空气(可以假设为自由空间);(3)有屏蔽体时,考虑屏蔽体的缝隙和孔洞,按照泄漏场的数学模型进行分析处理。
  3.开关电源EMI抑制的9大措施
  在开关电源中,电压和电流的突变,即高dv/dt和di/dt,是其EMI产生的主要原因。实现开关电源的EMC设计技术措施主要基于以下两点:
  (1)尽量减小电源本身所产生的干扰源,利用抑制干扰的方法或产生干扰较小的元器件和电路,并进行合理布局;(2)通过接地、滤波、屏蔽 等技术抑制电源的EMI以及提高电源的EMS。
  分开来讲,9大措施分别是:
  (1)减小dv/dt和di/dt(降 低其峰值、减缓其斜率)(2)压敏电阻的合理应用,以降低浪涌电压(3)阻尼网络抑制过冲
  (4)采用软恢复特 性的二极管,以降低高频段EMI(5)有源功率因数校正,以及其他谐波校正技术(6)采用合理设计的电源线滤波器(7)合理的接地处理
  (8)有效的屏蔽措施
  (9)合理的PCB设计
  4.高频变压器漏感的控制
  高频变压器的漏感是功率开关管关断尖峰电压产生的重要原因之一,因此,控制漏感成为解决高频变压器带来的EMI首要面对的问题。
  减小高频变压器漏感两个切入点:电气设计、工艺设计!
  (1)选择合适磁芯,降低漏感。漏感与原边匝数平方成正比,减小匝数会显着降低漏感。
  (2)减小绕组间的绝缘层。现在有一种称之为“黄金薄膜”的绝缘层,厚度20~100um,脉冲击穿电压可达几千伏。
  (3)增加绕组间耦合度,减小漏感。
  5.高频变压器的屏蔽
  为防止高频变压器的漏磁对周围电路产生干扰,可采用屏 蔽带来屏蔽高频变压器的漏磁场。屏蔽带一般由铜箔制作,绕在变压器外部一周,并进行接地,屏蔽带相对于漏磁场来说是一个短路环,从而抑制漏磁场更大范围的 泄漏。
  高频变压器,磁心之间和绕组之间会发生相对位移,从而导致高频变压器在工作中产生噪声(啸叫、振动)。为防止该噪声,需要对变 压器采取加固措施:
  (1)用环氧树脂将磁心(例如EE、EI磁心)的三个接触面进行粘接,抑制相对位移的产生;(2)用“玻璃珠”(Glass beads)胶合剂粘结磁心,效果更好。


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沙发
caoenq| | 2018-8-4 18:40 | 只看该作者
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板凳
jq1604| | 2018-8-7 08:33 | 只看该作者
经验总结,难得!

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