开关电源原理设计及实例[陈纯锴][电子教案(本)]第8解读.ppt

8.1 原理 （每节标题） 8.2 结构 8.3 第8章 印制电路板的设计 在任何开关电源设计中，PCB板的设计和制作都是很关键的一个环节。同一种元件和参数的电路，由于元件布局设计和电气连线方向的不同，其结果可能存在很大的差异。因而，必须把如何正确设计印刷线路板元件布局的结构和正确选择布线方向及整体仪器的工艺结构三方面联合起来考虑，既可消除因布线不当而产生的噪声干扰，同时便于安装、调试与检修等。由于开关电源的高频开关特性，如果设计方法不当，可能会产生过多的电磁干扰，造成电源工作不稳定，因此合理的PCB设计显得尤为重要。电路板设计时除了要遵循普通电路板的一般原则外，还要考虑尽量减小高频电路的干扰。PCB的总体要求是具有很强的抗干扰能力，相当高的绝缘强度和耐高压的冲击能力。 1. 从原理图到PCB的设计流程 建立元件参数→输入原理网表→设计参数设置→手工布局→手工布线→验证设计→复查→CAM输出。 2. 电气安全要求 参数设置相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。最小间距至少要能适合承受的电压，在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距，一般情况下将走线间距设为8mil。焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。 8.1 开关电源的PCB设计规范 3. 元器件布局 实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如，如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声；由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，因此，在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法。每一个开关电源都有四个电流回路： 电源开关交流回路 (2) 输出整流交流回路 (3) 输入信号源电流回路 (4) 输出负载电流回路 8.1 开关电源的PCB设计规范 输入回路通过一个近似直流的电流对输入电容充电，滤波电容主要起到一个宽带储能作用；类似地，输出滤波电容也用来储存来自输出整流器的高频能量，同时消除输出负载回路的直流能量。所以，输入和输出滤波电容的接线端十分重要，输入及输出电流回路应分别只从滤波电容的接线端连接到电源；如果在输入/输出回路和电源开关/整流回路之间的连接无法与电容的接线端直接相连，交流能量将由输入或输出滤波电容并辐射到环境中去。电源开关交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形电流，这些电流中谐波成分很高，其频率远大于开关基频，峰值幅度可高达持续输入/输出直流电流幅度的5倍，过渡时间通常约为50ns。这两个回路最容易产生电磁干扰，因此必须在电源中其它印制线布线之前先布好这些交流回路，每个回路的三种主要的元件滤波电容、电源开关或整流器、电感或变压器应彼此相邻地进行放置，调整元件位置使它们之间的电流路径尽可能短。建立开关电源布局的最好方法与其电气设计相似，最佳设计流程如下： 8.1 开关电源的PCB设计规范 ⑴ 放置变压器 ⑵ 设计电源开关电流回路 ⑶ 设计输出整流器电流回路 ⑷ 连接到交流电源电路的控制电路 ⑸ 设计输入电流源回路和输入滤波器 ⑹ 设计输出负载回路和输出滤波器 8.1 开关电源的PCB设计规范 4. 高频电路布线 布线开关电源中包含有高频信号，PCB上任何印制线都可以起到天线的作用，印制线的长度和宽度会影响其阻抗和感抗，从而影响频率响应。即使是通过直流信号的印制线也会从邻近的印制线耦合到射频信号并造成电路问题(甚至再次辐射出干扰信号)。因此应将所有通过交流电流的印制线设计得尽可能短而宽，这意味着必须将所有连接到印制线和连接到其他电源线的元器件放置得很近。印制线的长度与其表现出的电感量和阻抗成正比，而宽度则与印制线的电感量和阻抗成反比。长度反映出印制线响应的波长，长度越长，印制线能发送和接收电磁波的频率越低，它就能辐射出更多的射频能量。根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和电流的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。 8.1 开关电源的PCB设计规范 接地是开关电源四个电流回路的底层支路，作为电路的公共参考点起着很重要的作用，它是控制干扰的重要方法。因此，在布局中应仔细考虑接地线的放置，将各种接地混合会造成电源工作不稳定。在地线设计中应注意以下几点  ⑴ 正确选择单点接地通常，滤波电容公共端应是其它的接地点耦合到大电流的交流地的唯一连接点，同一级电路的接地点应尽量靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上，主要是