開關(guān)電源印制電路板的設(shè)計(jì)

摘要：本文從電路板基材、布局和布線、焊盤等方面介紹了開關(guān)電源印制電路板的設(shè)計(jì)方法，對(duì)電磁兼容設(shè)計(jì)有一定的作用。

敘詞：開關(guān)電源 印制電路板 電磁兼容

Abstract： This paper introduces the switching power supply design methods of printed circuit board, from PCB base material, placement, routing and pad. It can be play some roles in EMC design.

Keyword：Switching power supplyPCB, EMC

1 引言

隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)、磁性材料科學(xué)和燒結(jié)加工工藝，以及其它邊沿學(xué)科的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的電子產(chǎn)品。開關(guān)電源作為各種電子設(shè)備的心臟，已成為各種研究中的熱門學(xué)科。開關(guān)電源日趨小型化、高速化和高密度化，這種趨勢(shì)使電磁兼容問題日顯嚴(yán)重。開關(guān)電源的印制電路板設(shè)計(jì)是解決電磁兼容性的一個(gè)重要方面。下面從電路板的基材、布局和布線、焊盤等方面介紹開關(guān)電源印制電路板的設(shè)計(jì)。

2 開關(guān)電源印制電路板常用材料

印制電路板常用的基材分兩大類：紙質(zhì)覆銅箔層壓板和玻璃布覆銅箔層壓板。層壓板是由粘結(jié)樹脂與紙或玻璃布在加熱和加壓條件下形成的壓制品。常用的粘結(jié)樹脂是酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂。酚醛紙質(zhì)銅箔層壓板易吸水，工作溫度不宜超過100℃，120℃以上電氣性能不穩(wěn)定，但由于成本低，在民用產(chǎn)品中仍被廣泛應(yīng)用。

環(huán)氧酚醛玻璃布銅箔層壓板受潮影響小，有較高的工作溫度，在電氣性能、機(jī)械性能、尺寸穩(wěn)定性、抗熱沖擊等方面都比紙質(zhì)層壓板好。而且具有比較適中的性能價(jià)格比，目前在開關(guān)電源中是比較常用的印制電路板。由于多層印制板成本較高，在開關(guān)電源中很少使用。

3 開關(guān)電源印制電路板的布局和布線

在布局時(shí)先留出定位孔、輸入輸出端、指示燈等位置，之后再布置大器件和特殊元器件，如高頻變壓器、發(fā)熱元件和集成電路。所有元件要放在離電路板邊緣3mm以上的地方，給批量生產(chǎn)時(shí)流水線和波峰焊的導(dǎo)軌槽讓出位置。一般設(shè)計(jì)流程為：放置高頻變壓器→設(shè)計(jì)電源開關(guān)電流回路→設(shè)計(jì)輸出整流器回路→連接到交流電源電路的控制電路→設(shè)計(jì)輸入電流回路和輸入濾波器→設(shè)計(jì)輸出負(fù)載回路和輸出濾波器。

在開關(guān)電源印制電路板設(shè)計(jì)具體布局和布線方面一般遵循以下原則。

(1) 按照電路原理圖安排各功能電路的位置。一般是交流輸入整流濾波電路、高頻逆變電源、輸出濾波電路和取樣反饋控制電路。

(2)要以每個(gè)功能電路的核心元器件為中心，圍繞核心元器件進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在印制電路板上。盡量減少和縮短各高頻元器件之間的連接線距離，設(shè)法減小它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。

(3)盡可能縮小高頻大電流回路所包圍的面積，縮短高電壓元器件的連線，功率管和變壓器的距離要短。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元器件應(yīng)分開放置，隔離的距離與承受高電壓的耐壓測(cè)試有關(guān)。一般電壓2kV相隔的距離為2mm以上，電壓3kV相隔的距離為3.5mm以上，有時(shí)為避免爬電，還需要在高壓和低壓區(qū)域開一定寬度的槽。

(4)盡可能縮小控制回路所包圍的面積，從可靠性角度考慮，這部分電路是開關(guān)電源中比較脆弱的部分;從電磁兼容的角度考慮，這部分電路在開關(guān)電源中比較敏感?？s小控制回路所包圍的面積，實(shí)際上是減小了干擾“接收天線”的尺寸，有利于降低對(duì)外部干擾的拾取能力，提高了開關(guān)電源的可靠性和電磁兼容性。

(5)某些元器件和導(dǎo)線之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免由于放電引起意外的短路。帶強(qiáng)電的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時(shí)手不易觸及的地方。

(6)控制電路和功率電路要分開，采用單點(diǎn)接地方式將彼此間的地線回路連在一起。通常控制部分不要大面積接地，因?yàn)榇竺娣e接地容易起天線作用，引入干擾影響控制部分的正常工作。

(7)開關(guān)電源的輸出濾波電路可以采用多只較小的電解電容，避免用一只容量較大的電解電容。因?yàn)槎嘀惠^小的電解電容有較小的等效串聯(lián)電阻值，有利于提高開關(guān)電源的輸出濾波性能。

(8)對(duì)于電位器、可調(diào)電感線圈和微動(dòng)開關(guān)等可調(diào)元器件應(yīng)放在印制板方便調(diào)節(jié)的地方。

(9)有脈沖電流流過的區(qū)域要遠(yuǎn)離輸出端子，使噪聲源與直流輸出部分分離。

(10)相鄰導(dǎo)線之間不應(yīng)有過長(zhǎng)的平行走線，要采用垂直交叉方式，線寬不要突變，也不要突然拐角和環(huán)形走線。在布線中最好避免使用直角和銳角，一般拐角應(yīng)該大于90°。直角的路徑內(nèi)部的邊緣能產(chǎn)生集中的電場(chǎng)，該電場(chǎng)能產(chǎn)生耦合到相鄰路徑的噪聲，45°路徑優(yōu)于直角和銳角路徑。當(dāng)兩條導(dǎo)線以銳角相遇連接時(shí)，應(yīng)將角改成圓弧形。

(11)印制導(dǎo)線的最小寬度，主要由導(dǎo)線和絕緣基板間的粘附強(qiáng)度和流過它們的電流值決定。只要電路板允許，盡可能采用較寬的線，尤其是電源線和地線。

(12)采用大面積覆銅時(shí)，應(yīng)將銅箔表面開孔為網(wǎng)狀，防止波峰焊時(shí)產(chǎn)生銅箔的膨脹和脫落。

(13)在開關(guān)電源印制電路板設(shè)計(jì)中，為降低成本采用單面板，有個(gè)別線條無法走通而必須采用跳線時(shí)，要做到跳線不要太多，跳線長(zhǎng)度不要太長(zhǎng)，跳線的長(zhǎng)度品種不要太多。

4 焊盤尺寸

焊盤的內(nèi)徑尺寸要從元器件的引線直徑和公差尺寸，以及鍍錫厚度、孔徑公差等方面考慮。較好的匹配是焊盤的內(nèi)徑尺寸比元件引線直徑略大于(0.15～0.3)mm。焊盤直徑常取內(nèi)徑直徑的(1.5～2)倍。內(nèi)孔大的可取小點(diǎn)，焊盤不易過大，否則容易虛焊。

焊盤連接走線較細(xì)時(shí)，應(yīng)將走線與焊盤間的連接設(shè)計(jì)成淚滴狀，這樣可以使焊盤不容易被剝離，銅箔線與焊盤之間的連線不易斷開。

5 結(jié)束語

開關(guān)電源印制電路板的設(shè)計(jì)好壞對(duì)電路板抗干擾能力影響很大，因此在設(shè)計(jì)中必須遵守印制電路板的基本設(shè)計(jì)原則，使開關(guān)電源符合抗干擾設(shè)計(jì)的要求，電路獲得最佳性能。本文介紹了開關(guān)電源印制電路板設(shè)計(jì)時(shí)的一般原則，希望能給從事開關(guān)電源設(shè)計(jì)人員提供一些參考。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

王小波(1978-)，女，本科，中國兵器工業(yè)第二○八研究所，工程師。■