收藏:8个开关电源layout经验!

凡亿PCB 2020-11-28

其实对于一个开关电源工程师而言 PCB的绘制其实是对一款产品的影响至关重要的部分,如果你不能很好的Layout的话,整个电源很有可能不能正常工作,最小问题也是稳波或者EMC过不去。

这是别人家的成品开关电源,模组,今天以这个电源模组的设计重点跟大家聊聊。

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经验一:安规走线间距

这个是写在协议里面的,如果你不按照这个做,耐压测试一定是过不了的,因为高电压,会直接空气击穿。注意保险丝之前的距离是比较远的,要求3mm以上,这就是为啥保险丝都会放在电路最前端的原因。


第二个要注意的是就算安规没有写,如果两根走线太近,正常工作也依然会击穿的,两根1mm间距的PCB外层耐压是200V,所以一般220v交流或者310V直流的走线距离至少2mm以上,一般都是在2.5mm以上的。


这些器件都是有安规要求的,说白了,就是两个器件有最小尺寸需求的,太小的器件其实是不可能过安规的,这就是所谓的开关电源PCB工程师实质上是带着镣铐在跳舞的原因。


开关电源变压器的骨架,同样是为了符合安规所以要有严格的把关。尤其是初级,到次级的距离,小功率变压器是必须飞线的。


飞线的长度也要被管控,如果飞线太短,耐压可能会受到影响,而如果飞线太长,会有可能对外辐射电磁信号,EMC过不了,所以需要在规格书里面详细写清楚,PCB绘制的时候,飞线的焊盘一定要注意,不能太妖孽。 


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经验二:电流走向

这个其实很少有真的被提及,其实原因也很简单。很多人不注意啊。



注意这里保险丝之后,接压敏电阻VR1再接x2电容的走线,完全是绕了一个弯这是为什么?


理由很简单,不让电流在PCB上面有回头路可以走。电流只走阻抗最小的部分,如果直接覆铜,必经的元器件就有可能会被跳过,所以这样做不可以。

同样的,这里的电解电容,一样是为了避免电流绕过必经的电容,直接流到负载上。

虽然画法不同,但是实际起到的作用是一样的。


这就是一个错误的案例,红色L火线先接了共模电感,再接的x2电容,共模电感到x2电容的这段线就会产生一个奇妙的现象,电流来回走,变成了一根天线,x2电流充电的时候,导线内部电流是正向,电容放电的时候,导线内部的电流是反向的,这不是天线是什么?


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经验三:最小高压主电流回路


这就是实际布线时候的布局,大家可以参考一下,JT1是飞线,直接把310V正电压引入了变压器。


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经验四:独立电压采样走线

开关电源的采样电压一定要和开关电源的大电流走线分开。要从开关电源输出电源的最末端去独立拉线采样,这样可以避免负载电流对采样线上形成的干扰。


采样电路在最末端。直接从负载输出端取电压,采样走线上不走大电流,避免了各种采样误差。


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经验五:PCB载流能力

众所周知PCB的过电流能力是有限的,但是PCB上的电流究竟能过多少呢?


上面这个表格可以给你一个详细的参考。看过表格,你应该知道了对于小功率开关电源而言,高压侧的走线完全没有必要搞的很粗,除非是为了为器件提供散热,否则1mm一般是足够的,最多2mm多数情况都能够胜任了。


但是对于低压侧,大电流怎么办?


一方面是增加线宽,一方面是通过去掉部分阻焊层,并在钢网层制造窗口,让导线上锡水。导线的载流能力就会得到相应的增加。(注意一定要在Paste钢网层开孔,否则不会真的上焊锡的,切记切记)


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经验六:PCB过孔散热的技巧


许多时候我们需要通过PCB线路板来散热,这个时候我们会打一些过孔,然后把热量传递到PCB的反面去。


这时候有一个小技巧,那就是孔塞可以增加热传导的效率,但是孔塞有一个常见最大孔塞直径,一般是过孔直径不大于0.45mm、我保险一点一般都是取0.4mm直径


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经验七:放电管的绘制



一般在开关电源的高压侧与低压侧之间会有一个放电管,用来释放静电。


许多工程师都会最后在PCB Layout的时候手工绘制。

而我的建议是直接做成一个封装,然后和PCB关联调用,这样不会破坏PCB的联动性。


只是说你需要绘制两个异形封装罢了。还算比较容易。


注意这里只需要去掉阻焊层,千万不要在中间绘制钢网层,因为这里是不需要上锡的,只有焊盘需要上锡


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经验八:元器件封装

一般而言,元器件一律按照IPC-SM-782A封装标准制作,对于个别需要承受高压的采样电阻单独对待,因为电阻焊盘之间的间距和耐压有关,所以焊盘需要适当拉开一些,但是同时又不能拉的太开,避免不必要的焊接不良率。


这是控制器用来直接连接高压的采样分压电阻,如果间距不符合要求,很有可能就会耐压不够击穿。贴片电阻器也是有耐压的,不过耐压不够就要加大封装。


这些差不多就是在开关电源设计时候的,全部PCB绘制经验了。

说实话,开关电源的绘制一路被人忽悠过来,这里面半桶水的人太多了,很多都是玄学,而这些都是相对来说算是靠谱一些的,试验后验证过的经验,这也是那些开关电源制作大牛们的血泪教训,很多时候他们当然不希望别人知道,这也没有办法,今天分享出来就是希望能有更少的人去走这些弯路,能给大家一些帮助。


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第一个案例:AC-DC开关电源部分

课程从硬件电路原理的基础知识开始,详细讲解Buck拓扑,Boost拓扑、Buck-Boost拓扑、隔离式开关电源的电路结构及工作原理,并以完整的案例详解AC-DC电源的各个部分电路的工作原理及使用期间的特性,包括防雷电路、滤波-EMI电路、整流电路、输出稳压滤波电路、反馈电路、过欠压保护电路、负载短路保护电路的基本原理。课程也介绍了高压电路设计时需要考虑的安规要求,讲解了安规相关的各个要素,介绍了查阅国标来获取电气间隙及爬电距离数值的方法。

课程除了讲解了高压开关端设计的硬件基础之后及设计应考虑的安规知识、接地知识、布局布线要点等内容,还以一个实际案例,从原理分析、器件导入PCB开始,从零分析高压开关电源的设计思维,设计要点知识,助力学员全盘掌握高压开关电源设计的每一个细节。

01 课程简介

21 电源输入整流滤波部分布局

02 PWM脉宽调试方式介绍

22 电源输入控制部分布局

03 Buck拓扑工作原理

23 四路电源输出部分布局

04 Boost拓扑工作原理

24 采样与保护电路布局

05 Buck-Boost拓扑工作原理

25 布局优化1

06 隔离式开关电源拓扑结构

26 布局优化2

07隔离开关电源原理框图介绍

27 布局优化3

08 防雷单元各器件介绍

28 电源输入部分布线设计

09 输入滤波-EMI电路各器件介绍

29 电源输入控制部分布线设计

10 输入整流滤波电路各器件介绍

30 电源输入部分接地布线设计

11 输出整流滤波电路各器件介绍

31 电源输出部分布线设计

12 采样保护电路工作原理介绍

32 采样、负载电路部分布线

13 安规要素介绍

33 布线优化及安规处理1

14 查表获取安规值

34 布线优化及安规处理2

15 常用安规要求介绍

35 布线优化及安规处理3

16 开关电源接地理论分析

36 设计总结

17 开关电源布局布线要点介绍

37 丝印调整

18 实操案例原理图分析

38 Gerber 生产资料的输出

19 原理图导入PCB与结构定义

39 生产资料的归类与整理

20 按模块抓取器件

40 PCB制板工艺的讲解

第二个案例 DC-DC开关电源部分

01 DCDC电源模块的组成及要点

02 芯片手册的下载与阅读

03 DCDC原理图的分析组成

04 DCDCPCB布局设计

05 DCDCPCB布线设计(一)

06 DCDCPCB布线设计(二)

07 DCDC电源PCB设计五部曲设计总结



第三个案例 LDO线性稳压电源

01 LDO线性稳压电源原理图分析

02 LDO PCB布局设计要求

03 LDO PCB布线设计要求


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