開關(guān)電源的pcb布線要求

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1、開關(guān)電源的PCB布線設(shè)計(jì)????????????開關(guān)電源PCB排版是開發(fā)電源產(chǎn)品中的一個(gè)重要過程。許多情況下，一個(gè)在紙上設(shè)計(jì)得非常完美的電源可能在初次調(diào)試時(shí)無法正常工作，原因是該電源的PCB排版存在著許多問題．??????????0、引言???為了適應(yīng)電子產(chǎn)品飛快的更新?lián)Q代節(jié)奏，產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師更傾向于選擇在市場(chǎng)上很容易采購到的AC／DC適配器，并把多組直流電源直接安裝在系統(tǒng)的線路板上。由于開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁干擾會(huì)影響到其電子產(chǎn)品的正常工作，正確的電源PCB排版就變得非常重要。開關(guān)電源PCB排版與數(shù)字電路PCB排版完全不一樣。在數(shù)字電路排版中，許多數(shù)字芯片可以通過PCB軟件來自動(dòng)排列，且芯片之間

2、的連接線可以通過PCB軟件來自動(dòng)連接。用自動(dòng)排版方式排出的開關(guān)電源肯定無法正常工作。所以，沒計(jì)人員需要對(duì)開關(guān)電源PCB排版基本規(guī)則和開關(guān)電源工作原理有一定的了解。1、開關(guān)電源PCB排版基本要點(diǎn)1.1電容高頻濾波特性???圖1是電容器基本結(jié)構(gòu)和高頻等效模型。電容的基本公式是????式(1)顯示，減小電容器極板之間的距離(d)和增加極板的截面積(A)將增加電容器的電容量。???電容通常存在等效串聯(lián)電阻(ESR)和等效串聯(lián)電感(ESL)二個(gè)寄生參數(shù)。圖2是電容器在不同工作頻率下的阻抗(Zc)。???一個(gè)電容器的諧振頻率(fo)可以從它自身電容量(C)和等效串聯(lián)電感量(LESL)得到，即???????

3、?當(dāng)一個(gè)電容器工作頻率在fo以下時(shí)，其阻抗隨頻率的上升而減小，即??????當(dāng)電容器工作頻率在fo以上時(shí)，其阻抗會(huì)隨頻率的上升而增加，即??????當(dāng)電容器工作頻率接近fo時(shí)，電容阻抗就等于它的等效串聯(lián)電阻(RESR)。???電解電容器一般都有很大的電容量和很大的等效串聯(lián)電感。由于它的諧振頻率很低，所以只能使用在低頻濾波上。鉭電容器一般都有較大電容量和較小等效串聯(lián)電感，因而它的諧振頻率會(huì)高于電解電容器，并能使用在中高頻濾波上。瓷片電容器電容量和等效串聯(lián)電感一般都很小，因而它的諧振頻率遠(yuǎn)高于電解電容器和鉭電容器，所以能使用在高頻濾波和旁路電路上。由于小電容量瓷片電容器的諧振頻率會(huì)比大電容量瓷片電

4、容器的諧振頻率要高，因此，在選擇旁路電容時(shí)不能光選用電容值過高的瓷片電容器。為了改善電容的高頻特性，多個(gè)不同特性的電容器可以并聯(lián)起來使用。圖3是多個(gè)不同特性的電容器并聯(lián)后阻抗改善的效果。???電源排版基本要點(diǎn)1旁路瓷片電容器的電容不能太大，而它的寄生串聯(lián)電感應(yīng)盡量小，多個(gè)電容器并聯(lián)能改善電容的高頻阻抗特性。???圖4顯示了在一個(gè)PCB上輸入電源(Vin)至負(fù)載(RL)的不同走線方式。為了降低濾波電容器(C)的ESL，其引線長(zhǎng)度應(yīng)盡量減短；而Vin。正極至RL和Vin負(fù)極至R1的走線應(yīng)盡量靠近。1.2電感高頻濾波特性???圖5中的電流環(huán)路類似于一匝線圈的電感。高頻交流電流所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)R(t)將

5、環(huán)繞在此環(huán)路的外部和內(nèi)部。如果高頻電流環(huán)路面積(Ac)很大，就會(huì)在此環(huán)路的內(nèi)外部產(chǎn)生很大的電磁干擾。???電感的基本公式是??????從式(5)可知，減小環(huán)路的面積(Ac)和增加環(huán)路周長(zhǎng)(lm)可減小L。???電感通常存在等效并聯(lián)電阻(EPR)和等效并聯(lián)電容(Cp)二個(gè)寄生參數(shù)。圖6是電感在不同工作頻率下的阻抗(ZL)。???諧振頻率(fo)可以從電感自身電感值(L)和它的等效并聯(lián)電容值(Cp)得到，即??????當(dāng)一個(gè)電感工作頻率在fo以下時(shí)，電感阻抗隨頻率的上升而增加，即?????????當(dāng)電感工作頻率在fo以上時(shí)，電感阻抗隨頻率的上升而減小，即??????當(dāng)電感工作頻率接近fo時(shí)，電感阻

6、抗就等于它的等效并聯(lián)電阻(REPR)。???在開關(guān)電源中電感的Cp應(yīng)該控制得越小越好。同時(shí)必須注意到，同一電感量的電感會(huì)由于線圈結(jié)構(gòu)不同而產(chǎn)生不同的Cp值。圖7就顯示了同一電感量的電感在二種不同的線圈結(jié)構(gòu)下不同的Cp值。圖7(a)電感的5匝繞組是按順序繞制。這種線圈結(jié)構(gòu)的Cp值是l匝線圈等效并聯(lián)電容值(C)的1／5。圖7(b)電感的5匝繞組是按交叉順序繞制。其中繞組4和5放置在繞組1、2、3之間，而繞組l和5非?？拷?。這種線圈結(jié)構(gòu)所產(chǎn)牛的Cp是1匝線圈C值的兩倍。???可以看到，相同電感量的兩種電感的Cp值居然相差達(dá)數(shù)倍。在高頻濾波上如果一個(gè)電感的Cp值太大，高頻噪音就會(huì)很容易地通過Cp直接耦

7、合到負(fù)載上。這樣的電感也就失去了它的高頻濾波功能。???圖8顯示了在一個(gè)PCB上Vin通過L至負(fù)載(RL)的不同走線方式。為了降低電感的Cp,電感的二個(gè)引腳應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。而Vin正極至RL和Vin負(fù)極至RL的走線應(yīng)盡量靠近。???電源排版基本要點(diǎn)2電感的寄生并聯(lián)電容應(yīng)盡量小，電感引腳焊盤之間的距離越遠(yuǎn)越好。1.3鏡像面???電磁理論中的鏡像面概念對(duì)設(shè)計(jì)者掌握開關(guān)電源的PCB排版會(huì)有很大的幫助。圖9是