開關電源印制電路板設計基礎

1、開關電源電路板設計基礎,電氣工程系,認識開關電源電路板,一,,,,,,,,開關電源電路板與普通弱電控制板制作有何不同？,1OZ的銅皮電流能力約為1A/mm,線間距為1mm(40mil)時，線間最大耐壓為200V,無隔離BUCK電路,開關電源電路制板分析,二,如果輸入或輸出環(huán)與功率開關或整流環(huán)的連接沒有直接接到電容的兩端，交流能量就會從輸入或輸出濾波電容上流進流出，并通過輸入和輸出電流環(huán)“逃逸”到外面環(huán)境中。,輸入和輸出濾波電容接線端的放

2、置很重要。,輸入電源和輸出電流環(huán)路,功率開關和整流器的交流電流環(huán)路,包含PWM開關電源典型的梯形電流波形；,交流電流環(huán)路的布線要在其他引線之前布好；,使濾波電容、功率開關管（或整流器）、電感（或變壓器）盡可能的靠近，且布局方向使得連線更短。,2,交流電壓節(jié)點,每個開關電源都有一個交流電壓最大節(jié)點,無隔離拓撲中交流節(jié)點與電感和續(xù)流二極管相連,隔離拓撲中有多少個繞組就有多少節(jié)點，但也只是一個節(jié)點映射成多個,發(fā)射EMI的同時，很容易通過電容方

3、式耦合到不同層上的鄰近導線上去,電容模型,當電容器工作頻率在 f0 以下時:,當電容器工作頻率在 f0 以上時:,當電容器工作頻率接近 f0 時:,諧振頻率:,電容并聯(lián)高頻特性,電源布板基本要點之一：旁路瓷片電容的電容量不易太大, 而它的寄生串聯(lián)電感量應該盡量減小。多個電容并聯(lián)能改善單個電容的阻抗特性。最小容量的瓷片電容應最靠近負載。,為了減小濾波電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）,經(jīng)常用多個電容并聯(lián);,多個電容并聯(lián)可以分攤紋波

4、電流.,×不合理,合理,電容從紋波電流源開始呈“放射性” 對稱布置,均分紋波電流,電感模型,,L: 電感值EPR: 等效并聯(lián)電阻Cp: 等效并聯(lián)電感,Ac: 電流環(huán)路截面結Lm: 電流環(huán)路周長,電源布板基本要點之二：電感的寄生串聯(lián)電容量應該盡量減小。電感引腳之間的距離越遠越好。,電感特性,,電源布板基本要點之三：避免在地層上放置任何功率或信號走線。,,,鏡象面概念,,,電源布板基本要點之四：高頻交流環(huán)路的面

5、積應該盡量減小。,高頻交流電流環(huán)路,,電源步版基本要點之五：過孔放置不應破壞高頻交流電流在地層上路徑。,過孔 (VIA) 的例子,電源布版基本要點之六：模擬電源層與數(shù)字地層不應有重疊。信號層應有相應的地層。,PCB板層分割,電源布板基本要點之七：要減小 PCB 走線的電感，減小 PCB 走線長度要減小ＰＣＢ過孔的電感，放置多個過孔,焊盤(PAD)和去耦電容的放置,焊盤,去耦電容,電源布板基本要點之八：交流節(jié)點焊盤面積要

6、盡量小。交流節(jié)點焊盤下不要走信號線。交流節(jié)點焊盤與信號線之間需電源層或地隔離,增加散熱面積和減小容性耦合到其他PCB引線的方法,導線越窄越好,導線越寬越好,EMC,導電散熱,電源布板基本要點之九：功率器件所組成的電流環(huán)路面積要小。,降壓式(BUCK)電源：功率部分電流和電壓波形,降壓式電源布局差的例子,電路等效圖,MinimizeTheseInductances,,降壓式電源布局的范例：,電源排版基本要點之十：功率器件接功率

7、地信號器件接信號地功率地與信號地單點連接 （一根很短導線或一個或多個過孔）,降壓式電源排版的例子,地線短而寬,控制地敏感，應為產(chǎn)生控制IC所要檢測的小電壓的所有器件的公共連接點,輸入電容的公共端應作為其他交流電流的唯一接點,1．放置變壓器或電感。   2．布置功率開關管電流環(huán)路。   3．布置輸出整流器電流環(huán)路。   4．把控制電路與交流功率電路連接。   5．布置輸入環(huán)路和輸入濾波器