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22個方向分享開關電源PCB設計與EMC之間關聯(lián)(一)

日期:2025-04-30 06:50
瀏覽次數(shù):556
摘要:說起開關電源的難點問題,PCB布板問題不算很大難點,但若是要布出一個精良PCB板一定是開關電源的難點之一(PCB設計不好,可能會導致無論怎么調(diào)試參數(shù)都調(diào)試布出來的情況,這么說并非危言聳聽)原因是PCB布板時考慮的因素還是很多的,如:電氣性能,工藝路線,安規(guī)要求,EMC影響等等;考慮的因素之中電氣是*基本的,但是EMC又是*難摸透的,很多項目的進展瓶頸就在于EMC問題;下面從二十二個方向給大家分享下PCB布板與EMC: 1、熟透電路方可從容進行PCB設計之EMI電路 上面的電路對EMC的影響可想而知,輸入端的濾波器都在這里;防雷擊...
說起開關電源的難點問題,PCB布板問題不算很大難點,但若是要布出一個精良PCB板一定是開關電源的難點之一(PCB設計不好,可能會導致無論怎么調(diào)試參數(shù)都調(diào)試布出來的情況,這么說并非危言聳聽)原因是PCB布板時考慮的因素還是很多的,如:電氣性能,工藝路線,安規(guī)要求,EMC影響等等;考慮的因素之中電氣是*基本的,但是EMC又是*難摸透的,很多項目的進展瓶頸就在于EMC問題;下面從二十二個方向給大家分享下PCB布板與EMC:

1、熟透電路方可從容進行PCB設計之EMI電路


上面的電路對EMC的影響可想而知,輸入端的濾波器都在這里;防雷擊的壓敏;防止沖擊電流的電阻R102(配合繼電器減小損耗);關鍵的慮差模X電容以及和電感配合濾波的Y電容;還有對安規(guī)布板影響的保險絲;這里的每一個器件都至關重要,要細細品味每一個器件的功能與作用。設計電路時就要考慮的EMC嚴酷等級從容設計,比如設置幾級濾波,Y電容數(shù)量的個數(shù)以及位置。壓敏大小數(shù)量選擇,都與我們對EMC的需求密切相關,歡迎大家一起討論看似簡單其實每個元器件蘊含深刻道理的EMI電路。



2、電路與EMC:(*熟悉的反激主拓撲,看看電路中哪些關鍵地方蘊含了EMC的機理)


上圖的電路中打圈幾部分:對EMC影響非常重要(注意綠色部分不是的),比如輻射大家都知道電磁場輻射是空間的,但基本的原理是磁通量的變化,磁通量涉及到磁場有效截面積,也就是電路中對應的環(huán)路。電流可以產(chǎn)生磁場,產(chǎn)生的是穩(wěn)定的磁場,不能向電場轉(zhuǎn)化;但變化的電流產(chǎn)生變化的磁場,變化的磁場是可以產(chǎn)生電場(其實這就是有名的麥克斯韋方程我用通俗語言來說),變化的電場同理可產(chǎn)生磁場。所以一定要關注那些有開關狀態(tài)的地方,那就是EMC源頭之一,這里就是EMC源頭之一(這里說之一當然后續(xù)還會講到其它方面); 比如電路中虛線環(huán)路,是開關管開通和關斷的環(huán)路,不僅設計電路時開關速度可以調(diào)節(jié)對EMC影響,布板走線環(huán)路面積也有著重要的影響!另二個環(huán)路是吸收環(huán)路和整流環(huán)路,先提前了解下,后面再講!


3、PCB設計與EMC的關聯(lián)
1.PCB環(huán)路對EMC的影響非常重要,比如反激主功率環(huán)路,如果太大的話輻射會很差。
2.濾波器走線效果,濾波器是用來濾去干擾的,但若是PCB走線不好的話,濾波器就可能失去應該有的效果。
3.結(jié)構(gòu)部分,散熱器設計接地不好會影響,屏蔽版的接地等;
4.敏感部分與干擾源頭過近,比如EMI電路與開關管很近,必然會導致EMC很差,需要有清晰的隔離區(qū)域。
5.RC吸收回路的走線。
6.Y電容接地與走線,還有Y電容的位置也很關鍵等等!
先想到這說這些,后續(xù)會具體討論,先起個引子。
下面舉一個小例子:


如上圖中虛線框,X電容引腳走線做了內(nèi)縮的處理,大家可以學習下,如何讓電容引腳走線外掛(采用擠電流走線)。這樣X電容的濾波效果才能夠達到*佳狀態(tài)。




4、PCB設計之準備事項:(準備充分了,方可設計步步穩(wěn)健,避免設計推翻重來)
大致有以下的一些方面,都是自己設計過程會去考慮,所有的內(nèi)容跟別的教程無關,都是只是自己的經(jīng)驗總結(jié)。

1.外觀結(jié)構(gòu)尺寸,包括定位孔,風道流向,輸入輸出插座,需要與客戶系統(tǒng)匹配,還需要與客戶溝通裝配上的問題,限高等等。
2.安規(guī)認證,產(chǎn)品做哪種認證,哪些地方做到基本絕緣爬電距離要留夠,哪些地方做到加強絕緣留夠距離或開槽。
3.封裝設計:有沒有特殊期間,如定制件封裝準備。
4.工藝路線選定:單面板雙面板選擇,或是多層板,根據(jù)原理圖及板子尺寸,成本等綜合評估。
5.客戶的其他特殊要求。
結(jié)構(gòu)工藝相對會更靈活,安規(guī)還是比較固定的部分,做什么認證,過什么安規(guī)標準,當然也有一些安規(guī)是很多標準中通用的,但也有一些特殊產(chǎn)品比如醫(yī)療會比較嚴苛。

為了新入門工程師朋友們不至于眼花繚亂,接下來列出些普遍產(chǎn)品通用的,下面是對于IEC60065總結(jié)出來的具體布板要求,針對安規(guī)需要牢記,碰到具體產(chǎn)品要會針對性處理:
1.輸入保險絲焊盤制件的距離安規(guī)要求大于3.0MM,實際布板按照3.5MM(簡單說保險絲前按照3.5MM爬電距離,之后按照3.0MM爬電距離)
2.整流橋前后安規(guī)要求2.0MM,布板按照2.5MM。
3.整流后安規(guī)一般不做要求,但是高低壓間根據(jù)實際電壓大小留距離,習慣400V高壓留2.0MM以上。
4.初次級間安規(guī)要求6.4MM(電氣間隙),爬電距離按照7.6MM為*佳。(注意這個跟實際輸入電壓相關,需要查表具體計算,提供數(shù)據(jù)僅供參考,以實際場合為準)
5.初次級用冷地,熱地標識清晰;L,N標識,輸入AC INPUT標識,保險絲警告標識等等都需要清晰標出;
再次重申實際安規(guī)距離跟實際輸入電壓相關以及工作環(huán)境有關,需要查表具體計算,提供數(shù)據(jù)僅供參考,以實際場合為準;


5、PCB設計之安規(guī)考慮其它因素
1.明白自己產(chǎn)品做什么認證,屬于什么產(chǎn)品種類,比如醫(yī)療,通信,電力,TV等各不相同,但也有很多相通的地方。
2.安規(guī)中與PCB布板緊密的地方,了解絕緣的特點,哪些地方是基本絕緣,哪些地方是加強絕緣,不同標準絕緣距離是不一樣的。*好是會查標準,并且會計算電氣距離,爬電距離。
3.產(chǎn)品的安規(guī)器件重點注意,比如變壓器磁性與原副邊關系;
4.散熱器與周邊距離問題,散熱器接的地不一樣絕緣情況也不一樣,接大地還是冷地,熱地絕緣也布一樣。
5.保險的距離特別注意,要求*嚴格地方。保險絲前后距離布一致。
6.Y電容與漏電流,接觸電流關系。
等等,后續(xù)會詳細說明距離該怎么留,如何做好安規(guī)要求。



6、PCB設計之電源布局
1.首先衡量PCB尺寸與器件數(shù)量,做到疏密有致,要不然一塊密,一塊稀疏很難看。
2.將電路模塊化,以核心器件為中心,關鍵器件優(yōu)先放的原則一次放置器件。
3.器件呈垂直或水平防置,一是美觀,二是方便插件作業(yè),特殊情況可以考慮傾斜。
4.布局時需要考慮到走線,擺放到*合理位置方便后續(xù)走線。
5.布局時盡可能減小環(huán)路面積,四大環(huán)路后面會詳解到。
做到上述幾點,當然要靈活運用,比較合理的布局很快就會誕生。



此圖功率密度還是比較高,其中LLC的控制部分,輔助源部分以及BUCK電路驅(qū)動(大功率多路輸出)部分在小板上,就沒拿出來,看看主功率方面的布局特點吧:
1.輸入輸出端子是固定死的,不能動,板子是長方形的,主功率流向如何去選擇?
這里采用由下至上,由左及右的方式來布局,散熱是依靠外殼。
2.EMI電路還是清晰的流向,這點很重要,要不混亂了不美觀也對EMC不好。
3.大電容的位置盡量考慮到了PFC環(huán)路以及LLC主功率環(huán)路;
4.副邊的電流比較大,為了走電流,以及整流管散熱,采用了這樣的布局,整流管在上,BUCK電路MOS管在下,散熱分散效果好;大功率的頂層一般走負,底層走正。
每個板子有自己的特點,當然也有自己的難處,如何合理解決是關鍵,大家從中能理解布局合理選取的含義嗎?


7、PCB實例賞析





8、PCB設計之四大環(huán)路認識:(PCB布局的基本要求就是四大環(huán)路面積小)



補充一下,吸收環(huán)路(RCD吸收以及MOS管的RC吸收,整流管的RC吸收)也很重要,也是產(chǎn)生高頻輻射的環(huán)路,對上圖有任何疑問,都歡迎討論,不怕任何質(zhì)疑,只要是針對問題的質(zhì)疑,一起討論學習才能更大的進步!
9、PCB設計之熱點(浮動電位點)及地線:


注意事項:
1.針對熱點,一定要特別注意(高頻開關點),是高頻輻射點,布局走線對EMC影響很大。
2.熱點構(gòu)成的環(huán)路小,走線短,并且走線不是越粗越好,而是夠走電流夠用就好。
3.地線要單點接地。主功率地和信號地分開,采樣地單獨走。
4.散熱器的地需要接主功率地。





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