开关电源PCB布局对于电路有着怎样的要求

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：

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PCB布局

2018-7-31 15:21 上传

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。