电力电子电路PCB布线的关键技术分析
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电路板布线的技巧和注意事项电路板布线是电子产品设计和制造过程中十分重要的一步,它直接关系到电路性能的稳定性和可靠性。
以下是电路板布线的技巧和注意事项,以帮助读者更好地进行布线设计。
一.布线前的准备工作1.了解电路板的整体需求和设计目标,明确电路的功能和性能要求。
2.根据电路设计要求选择合适的电路板材料和电路板尺寸。
二.电路布线的基本原则1.信号线和电源线要分开布线,避免相互干扰。
2.尽量采用简洁的布线路径,减少信号路径的长度。
3.避免信号线和电源线相交,以减少串扰和噪声。
4.根据信号电平和频率选择合适的布线宽度和间距。
三.布线规划和分区1.将电路板划分为逻辑分区,根据信号流向和频率确定各个分区之间的关系。
2.确定每个分区的主要信号和电源连接端口。
四.信号线布线技巧1.根据信号的高低频特性选择合适的信号路径。
高频信号要尽量缩短布线长度。
2.将高频信号线和电源线压铺在地面层附近,以减少电磁干扰。
3.临近地和电源线之间要保持足够的间距。
4.尽量避免信号线和地线相交,以减少互耦和串扰。
5.避免信号线和边缘走线相交,尤其是高频信号线。
五.电源线布线技巧1.电源线要尽量短且宽,以减少电阻和电压降。
2.将电源线与地线平行布线,以减少电感和电磁干扰。
3.电源线要尽量远离高频信号线,以防止相互干扰。
4.电源线和信号线之间要保持一定的间距,避免辐射或串扰。
六.地线布线技巧1.地线要尽量宽,以降低电阻和噪声。
2.尽量采用星型或树型地线布线方式,减少地线环路。
3.临近高频信号线的地线要保持足够的间距,以避免串扰。
七.避免布线错误1.避免过度布线,尽量减少层数。
2.避免布线路径过于复杂和交错,以方便排查故障和维护。
3.布线前要进行性能仿真和验证,确保电路稳定可靠。
总结起来,电路板布线是设计过程中至关重要的一步,良好的布线设计能够提高电路的性能和可靠性。
通过合理划分逻辑分区、分开布线、避免干扰和串扰等技巧和注意事项,可以使布线设计更加科学和有效。
PCB布局布线要点1.尽量减少线路长度:线路长度过长会导致信号延迟和互相干扰。
在布局时,应尽量将相关信号线放在一起,尽量减少线路的长度。
2.分隔高频和低频信号:高频信号和低频信号在传输特性和干扰问题上有很大差异。
在布线时,应尽量将高频信号和低频信号分开布局,以避免互相干扰。
3.避免信号线和电源线相交:信号线和电源线的交叉会导致互相干扰,产生噪声。
在布线时,应尽量避免信号线和电源线相交。
4.保持信号线的对称布局:对称布局可以使信号线的长度保持一致,从而减少互相干扰。
在布局时,应尽量保持信号线的对称布局。
5.地线的布局:地线是整个电路的共用参考点,它承载着回流电流和抑制噪声的功能。
在布线时,应尽量保持地线的宽度一致,减小回流电流的路径阻抗。
6.电源线的布局:电源线应尽量靠近地线布局,以减小回流电流路径的阻抗。
同时,电源线应避免与信号线相交,以减少互相干扰。
7.信号线与地线的配对布局:在高速传输中,差分信号线的布局对信号的传输质量有很大影响。
应尽量将差分信号线与地线配对布局,以减小信号之间的干扰。
8.规避信号线和边缘的平行布局:信号线和边缘平行布局会导致辐射噪声和电磁干扰。
在布线时,应尽量规避信号线和边缘的平行布局。
9.PCB层次布局:PCB可以分为多个逻辑层次,在布局时应尽量将相关的电路模块放在同一层次上,以减少信号线的跨层穿越。
10.确保足够的间距和间隙:在布线时,应确保信号线之间和信号线与其他元件之间有足够的间距和间隙,以避免互相干扰和产生串扰。
11.使用规范的信号线宽度和间距:信号线宽度和间距的设置直接影响信号传输的质量和速度。
在布线时,应使用规范的信号线宽度和间距,以满足设计要求。
12.使用较好的布线工具和规则检查:在布线过程中,可以使用专业的布线工具和规则检查功能,以提高布线效率和准确性。
总之,PCB布局布线的核心目标是尽量减小信号传输的延迟和干扰,以保证系统的性能和可靠性。
通过合理的布局和布线,可以提高产品的性能和降低故障率。
PCB板布线技巧1.合理规划布局:在开始布线之前,应该先对PCB板进行合理规划布局。
要根据电路的功能和信号传输的需求,将元器件和功能块合理地部署在PCB板上。
在布置元器件时,应该注意使信号路径尽可能的短,并保持良好的信号完整性。
2.地线和电源线设计:地线和电源线是电路中非常重要的信号线。
在布线时,要保证地线和电源线的宽度足够大以承受电流负载,并且要尽量减小地线和电源线的阻抗。
此外,还需要注意地线和电源线之间的间距,以避免相互干扰。
3.运用差分信号线:对于高速传输信号线,可以采用差分信号线布线。
差分信号线可以提高信号的抗干扰能力,减小信号线对周围环境的敏感度。
在布线时,应保持差分信号线的长度相等,并保持一定的间距,以避免互相干扰。
4.控制信号和高频信号的布线:对于控制信号和高频信号,布线时需要格外注意。
控制信号线应尽量和地线分开,以减小相互干扰的可能性。
对于高频信号线,应尽量避免走直线,而是采用更曲折的布线方式,以减小信号的辐射和串扰。
5.设计适当的信号地方向:在布线时,需要合理地选择信号的走向。
对于高频信号和运放信号,应尽量避免穿越整个板子。
信号线的走向应避免和其他高频信号和电源线相交,以减小相互干扰的可能性。
6.控制阻抗匹配:在布线中,要注意保持信号线的阻抗匹配。
如果信号线的阻抗不匹配,会导致信号的反射和损耗,从而影响信号的传输和质量。
通过控制信号线的宽度和间距,可以实现阻抗的匹配。
7.确保信号完整性:在布线时,需要注意信号的完整性。
可以通过增加电容和电感等元器件来实现信号的滤波和隔离,以减小干扰和噪声对信号的影响。
此外,还可以采用差分对地布线来降低信号的串扰。
8.注意电流回路:在布线时,需要特别关注电流回路的设计。
电流回路的布线需要注意回路的完整性,避免出现回路断开或者电流集中在其中一小段线路上的情况,从而引起电压降低和电流过载的问题。
以上就是PCB板布线的一些技巧。
在实际设计过程中,还需要根据具体的电路设计要求和特性进行合理的布线设计,从而实现电路性能和可靠性的最优化。
PCB板布局原则布线技巧1.PCB板布局原则:-分区布局:将电路板分成不同的区域,将功能相似的电路组件放在同一区域内,有利于信号的传输和维护。
比如,将稳压电路、放大电路、数字电路等放在不同的区域内。
-尽量减少线路长度:线路长度越长,电阻和电感越大,会引入更多的信号损耗和噪声,影响电路的性能。
因此,尽量把线路缩短,减少线路长度。
-避免线路交叉:线路交叉会引入互相干扰的可能性,产生串扰和相互耦合。
因此,尽量避免线路的交叉,使布局更加清晰。
-电源和地线布局:电源和地线是电路中非常重要的信号传输线路,应该尽量压缩在一起,减小回路面积,从而降低电磁干扰的发生。
-高频和低频电路分离:将高频电路和低频电路分开布局,避免高频电路对低频电路的干扰。
2.PCB板布线技巧:-网格布线:将布线分成网格形式,每个网格中只允许一条线路通过,可以提高布线的整齐度和美观度。
-使用规则层:在PCB设计软件中,可以使用规则层进行布线规划,指定线路的宽度、间距等参数,保证布线的一致性和可靠性。
-使用层次布线:将线路分成不同的层次进行布线,可以减少线路的交叉,降低噪声的产生。
-注意差分信号的布线:对于差分信号线路,保持两条线路的长度和布线路径尽量相同,可以减小差分信号之间的差别,提高信号完整性。
-避免直角和锐角:直角和锐角容易引起信号反射和串扰,应尽量避免使用直角和锐角的线路走向,采用圆滑的线路路径。
总结:PCB板布局和布线是PCB设计中不可忽视的环节,合理的布局和布线可以提高电路的性能和可靠性。
通过遵循一些原则,如分区布局、减少线路长度、避免线路交叉等,并结合一些布线技巧,如网格布线、使用规则层、使用层次布线等,可以实现高质量的布局和布线。
PCB布线的技巧及注意事项布线技巧:1.确定电路结构:在布线之前,需要先确定电路结构。
将电路分成模拟、数字和电源部分,然后分别布线。
这样可以减少干扰和交叉耦合。
2.分区布线:将电路分成不同的区域进行布线,每个区域都有自己的电源和地线。
这可以减少干扰和噪声,提高信号完整性。
3.高频和低频信号分离:将高频和低频信号分开布线,避免相互干扰。
可以通过设立地板隔离和电源隔离来降低电磁干扰。
4.绕规则:维持布线规则,如保持电流回路的闭合、尽量避免导线交叉、保持电线夹角90度等。
这样可以减少丢失信号和干扰。
5.简化布线:简化布线路径,尽量缩短导线长度。
短导线可以减少信号传输延迟,并提高电路稳定性。
6.差分线布线:对于高速信号和差分信号,应该采用差分线布线。
差分线布线可以减少信号的传输损耗和干扰。
7.用地平面:在PCB设计中,应该用地平面层绕过整个电路板。
地平面可以提供一个低阻抗回路,减少对地回路电流的干扰。
8.参考层对称布线:如果PCB板有多层,应该选择参考层对称布线。
参考层对称布线可以减少干扰,并提高信号完整性。
注意事项:1.信号/电源分离:要避免信号线与电源线共享同一层,以减少互相干扰。
2.减小射频干扰:布线时要特别注意射频信号传输的地方,采取屏蔽措施,如避免长线路、使用高频宽接地等。
3.避免过长接口线:如果接口线过长,则信号传输时间会增加,可能导致原始信号失真。
4.避免过短导线:过短的导线也可能引发一些问题,如噪声、串扰等。
通常导线长度至少应该为信号上升时间的三分之一5.接地技巧:为了减少地回路的电流噪声,应该尽量缩短接地回路路径,并通过增加地线来提高接地效果。
6.隔离高压部分:对于高压电路,应该采取隔离措施,避免对其他电路产生干扰和损坏。
7.注重信号完整性:对于高速和差分信号,应该特别注重信号完整性。
可以采用阻抗匹配和差分线布线等技术来提高信号传输的稳定性。
总结起来,PCB布线需要遵循一些基本原则,如简化布线、分区布线、差分线布线等,同时需要注意电源和信号的分离、射频干扰的减小等问题。
PCB的布线原则介绍PCB(Printed Circuit Board)布线是在电子产品的设计和制造过程中非常重要的一步,它涉及到电路连接的实现和优化,对电气性能和可靠性有着直接影响。
下面将介绍一些PCB布线的原则和技巧。
1.分层布线原则:为了减少信号串扰和提高布线效果,通常使用多层PCB来进行布线。
不同信号层之间约束通过信号引线进行连接。
2.信号流布线原则:PCB布线应遵循信号流动路径的原则,尽量在布线中使用直线、平行和垂直线路,避免使用弯曲和串扰风险较大的线路。
3.引脚位置原则:为了便于布线和减少信号串扰风险,应该将高速信号的输入和输出引脚安排在同一侧或者上下相邻的地方。
4.良好的地平面原则:地平面是整个PCB布线设计中非常重要的一部分,要做到尽量连续、稳定和低阻抗。
良好的地平面可以减少信号回流路径长度,提高信号质量和抗干扰能力。
5.模拟数字分区原则:为了减少模拟信号和数字信号之间的干扰,布线时应该将它们分开布线,模拟信号通常靠近输入/输出接口,数字信号靠近芯片和处理器。
6.信号引线长度控制原则:为了提高信号的稳定性和可靠性,应尽量控制信号引线的长度,避免过长而引起信号失真或者串扰。
7.信号引线宽度控制原则:为了适应高速信号的要求,应尽量增加信号引线的宽度,减小电流密度,提高信号的传输速率。
8.信号层间距控制原则:为了减少层间串扰风险,应根据信号分布和技术需求,适当调整信号层的间距,通常越窄越好,但过窄会增加制造难度。
9.电源与分布原则:为了减少电源干扰,应设计分布式电源和地平面。
并且将电源线和信号线分开布线,以减少干扰。
10.阻抗匹配原则:为了保证传输线和匹配网络的工作效果,应根据设计要求和信号特征,选择合适的阻抗值。
11.元器件布局原则:元器件布局的合理性会直接影响到整个PCB布线的效果,因此在布局时应考虑信号传输要求、热问题、电源分布等因素。
12.电磁兼容原则:为了减少电磁辐射和电磁接收的干扰,应设计良好的屏蔽和周边环境,并尽量使用低辐射的元器件。
PCB布线技巧分享
PCB布线是电子设计中非常重要的一环,良好的布线设计可以提高电路性能和稳定性。
下面将分享一些PCB布线的技巧,帮助大家在设计电路板时更加高效和有效地进行布线。
首先,一个良好的PCB布线设计应该遵循一些基本原则。
首先是尽量缩短信号路径,减少信号传输的时间和损耗。
其次是避免信号干扰,尽量减少信号线之间的交叉和交错,尤其是数模混合信号电路。
此外,要保持信号线的阻抗匹配,尽量避免信号线的阻抗不匹配导致信号失真。
最后,还要注意电源线和地线的布线,保持良好的电源和地连接,以减少电磁干扰。
在进行PCB布线时,还有一些实用的技巧可以帮助设计者快速有效地完成布线。
首先是使用层叠布线技术,将信号线和电源线分布在不同的板层上,避免干扰和串扰。
其次是采用直连式布线,尽量减少线路的弯曲和长度,以减小信号传输的延迟和损耗。
此外,还可以使用差分信号线,提高信号的抗干扰能力,尤其适用于高速传输的信号线。
另外,在PCB布线设计中,还可以考虑一些特殊的布线技巧,如使用跳线连接不在同一板层上的电路元件,减少信号线的长度和复杂度。
此外,可以使用特殊形状的线路,如扇出线、波浪形线路等,减少信号线之间的干扰和串扰。
另外,还可以考虑使用地线填充技术,将多余的地线填满整个板面,减少电磁干扰和噪声。
总之,PCB布线是电子设计中非常重要的一环,良好的布线设计可以提高电路性能和稳定性。
通过遵循基本原则和采用一些实用的技巧,可以帮助设计者更加高效和有效地完成布线设计,提高电路板的质量和性能。
希望以上分享的PCB布线技巧对大家有所帮助,祝大家设计愉快!。
PCB布局布线技巧PCB(印制电路板)布局布线是电子产品设计中必不可少的一环。
良好的布局布线可以提高电路性能、稳定性和可靠性。
下面将介绍一些PCB布局布线的技巧。
一、布局技巧1.分区布局:将电路板按照功能划分不同区域,例如将信号处理电路、功率电路和通信电路分开布局,可以减少不同电路之间的干扰。
2.大电流回路:将高功率元件、大电流通路尽量短接,使大电流通过尽量少的导线,减少电阻、电感和电压降,提高电路的稳定性。
3.高频回路:对于高频电路,要注意避免长导线、小曲线和有较大电流的导线与其中的元器件接触。
4.电源布局:电源电路的布局要尽量靠近电源接口,减少供电线路的阻抗、压降和干扰。
5.接地布局:接地是保证电路正常运行的关键之一,要保证接地回路的路径尽量短,且与供电回路分开布局,减少互相干扰。
6.热量排散布局:对于需要散热的元器件,如功放、处理器等,要将其散热器布置在空气流通的地方,尽量避免与其他元件接触。
7.组件布局:相关元器件应尽量靠近,减少导线长度和磁场干扰。
对于敏感元器件,如传感器,应尽量远离干扰源。
8.可维护性布局:考虑到后期维护和维修的需求,应尽量保证布线路由直观、可辨识,便于排查故障。
二、布线技巧1.信号线与电源线分开布线:信号线和电源线要互相分开布线,以减少互相的干扰。
2.信号线长度一致:对于同一信号的不同分支,要尽量保持长度一致,避免引起信号的失真。
3.十字型布线:对于需要高速传输的信号,可以采用十字型布线,将数据线与地线交叉布线,可以有效减少串扰和噪声。
4.双层布线:对于复杂的电路板,可考虑使用双层布线,将功率和信号线分开布置在不同的层上,减少干扰。
5.差分布线:对于高速信号传输,如USB、HDMI等,可以采用差分布线,可以抑制共模噪声,提高信号的质量。
6.避免直角弯曲:直角弯曲会引起阻抗变化和信号衰减,应尽量避免使用直角弯曲。
7.路径交叉最小化:路径交叉会导致干扰和串扰,应尽量将路径交叉降到最少。
PCB布线与布局优化技巧在电子设备的设计中,PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)的布线与布局对于整个电路性能和稳定性起着至关重要的作用。
优秀的PCB布线与布局可以提高电路的抗干扰能力、信号完整性和性能稳定性。
下面就介绍一些PCB布线与布局优化技巧,帮助设计师提高产品质量和性能。
1. 分割电源平面:在PCB设计中,将电源平面分割成多个部分可以减少信号干扰及电磁辐射。
分割电源平面时,需要注意将模拟和数字电源分开,避免互相干扰。
通过合理设置分割线路,可以降低信号交叉干扰,提高信噪比。
2. 最短路径布线:尽量保持布线路径短,减少信号传输的延迟和损耗。
在选取布线路径时,应避免走线交叉、绕线等现象,以确保信号传输的稳定性和可靠性。
布线时还需考虑信号走线的方向,避免信号环路和共模噪声的产生。
3. 差分信号布线:对于高速信号线,尤其是差分信号线,需要特别注意其布线。
差分信号线的长度要尽量保持一致,以减少信号失真和串扰。
此外,差分信号线应在布线过程中尽量保持相邻,以减小信号传输的时间差。
4. 阻抗匹配:在PCB设计中,特别是在高频电路中,阻抗匹配是非常重要的。
正确设计差分对地、微带线、板厚等参数,以保证信号传输的稳定性和准确性。
利用阻抗匹配技术可以尽量减小信号的反射和衰减,提高信号完整性。
5. 地线布线:地线布线是PCB设计中的关键环节。
要尽量减小地线回路面积,避免干扰信号传输。
将地线设置为宽带,减小地线阻抗,提高地线的导电性。
另外,地线布线还要尽量与信号走线相互垂直,避免共模干扰。
6. 噪声隔离:在PCB布局设计中,要将噪声源与敏感信号源隔离开来,以减少噪声对信号的影响。
在设计布局时,可以使用屏蔽罩、滤波器等措施来隔离噪声源,确保信号传输的稳定性和准确性。
7. 确保热量散发:在PCB布局设计中,要考虑电路元件的散热问题。
合理安排元件的位置,保证元件之间的通风通道畅通,以便排出热量。
在布局时应注意避免高功率元件集中布局,以减小热量聚集的风险。
PCB布局布线技巧及原则1. 引言PCB(Printed Circuit Board)布局布线是电子产品设计中至关重要的一步。
良好的布局布线能够确保电路的可靠性、性能和EMI (Electromagnetic Interference)抗干扰能力。
本文将介绍一些常见的PCB布局布线技巧及原则,帮助读者更好地进行电路设计和布线。
2. PCB布局技巧2.1 分区布局在设计复杂的电路板时,将电路板分为几个功能区域进行布局是一个很好的策略。
例如,将微处理器、模拟电路和电源电路分开布局。
这可以降低信号干扰,并更好地管理电源分配和地平面。
2.2 复用层对于多层PCB设计,可以使用复用层的技术来提高布局效率。
复用层是指多个分区共享同一个地平面或电源平面。
这样做可以减少电路板的层数,提高信号完整性和EMI性能。
2.3 阻抗控制在高速设计中,阻抗控制是非常重要的。
通过合理设计走线宽度、间距和层间距,可以实现所需的阻抗匹配。
使用阻抗控制工具进行模拟和仿真分析,以确保信号完整性。
2.4 时钟信号布局时钟信号在高速电子系统中非常关键。
为了降低时钟抖动和噪声,应优先布置时钟信号线。
时钟信号线应尽量短、直接,并与其他信号线保持一定的距离以减少干扰。
2.5 地平面和电源分布良好的地平面和电源分布可以大大改善电路性能和抗干扰能力。
地平面应尽量连续、整齐,并尽可能地覆盖整个PCB区域。
电源分布应合理,避免共享电流,以减少电源波动。
3. PCB布线原则3.1 追求最短和最直接的路径布线时应尽量追求最短和最直接的路径,以降低传输延迟和信号损失。
避免走线过长或弯曲,特别是对于高速信号和时钟信号。
3.2 避免平行和交叉在布线过程中,应尽量避免平行和交叉走线。
平行走线容易引起串扰干扰,而交叉走线则易引起交互耦合。
合理规划走线,尽量平行走线和交叉垂直走线。
3.3 差分信号布线对于高速差分信号,应采用差分布线技术。
差分信号的两条传输线上的信号互为补码,可以大大减小对外部干扰的敏感度。
电力电子电路PCB布线的关键技术分析电力电子电路PCB的布线在很大程度上决定了最终产品的好坏。
本文主要分析了常用电力电子电路的PCB布线的几个关键技术,主要包括开关节点问题,PCB 布线的宽度、厚度和电感的关系,关键走线如何处理,多层板的地以及散热等问题。
1 引言一台性能优良的电力电子变换器,除选择高质量的元器件、合理的电路外,印刷线路板的组件布局和电气联机方向的正确结构设计是决定开关变换器能否可靠工作的一个关键问题。
对同一种组件和参数的电路,由于组件布局设计和电气联机方向的不同会产生不同的结果,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组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。
合理的工艺结构,既可消除因布线不当而产生的噪声干扰,同时便于生产中的安装、调试与检修等。
2 基本电力电子电路最基本的电力电子电路有三种boost、buck、buck-boost。
这三种拓扑取决于电感的链接方式,设置合适的参考地后,可以得到三个不同的端子:输入端、输出端和地端,如图1所示。
若电感一端与地相连,则得到buck-boost电路;若电感与输入端相连,则得到boost电路;若电感与输出端相连,则得到buck电路。
图1 电力电子电路的三种拓扑结构:(a) buck-boost拓扑;(b) boost拓扑;(c)buck拓扑。
123456下一页3 开关节点在开关器件与二极管之间设置的电感电流换流节点称之为开关节点。
电流从电感流入此节点,根据开关状态不同而流入开关或者二极管。
任何DC-DC变换器拓扑均有此节点,由二极管参与构成的节点可防止巨大的电压尖峰产生。
节点电流在开关和二极管之间进行转换,因此二极管需要周期性的转换状态,即二极管需在开关导通时加反向电压而在其关断期间加正向电压。
因此,节点电压来回振荡,将一示波器探头连接于此节点,探头地接于此拓扑电路的地,所得电压波形为方波。
此波形与电感电压波形极为相似,不同之处在于此电压在正电压范围改变,改变幅度由电路拓扑决定。
实际设计PCB时需要特别注意防止在开关节点处布过多铜丝。
否则它可能成为一个电磁场天线,向四周辐射射频干扰,输出导线会吸收此干扰并直接传递到输出。
所有集成IC的开关均与其控制部分封装在一起,这样虽然应用方便且价格便宜,但是通常这样的IC对走线寄生电感所产生的噪声更敏感。
这是因为其功率级开关节点仅是该IC本身的输出引脚,该引脚将开关节点产生的高频噪声直接传递到控制部分,导致控制失常。
4 PCB走线的宽度、厚度与电感对于长度为l、直径为d的导线,其电感值可由式(1)表示。
(1)式中:L和d的单位均为cm。
PCB走线电感的计算公式与导线电感公式区别不大,由式(2)表示。
(2)式中:ω为走线宽度。
需要注意的是PCB走线电感基本与覆铜厚度无关。
从以上对数关系可以看出,若PCB走线长度减少一半,则其电感值也减少一半。
但走线宽度必须增加10倍才使其电感减少一半。
即仅增加走线宽度用处不大,要减少电感应使走线尽量的短。
过孔电感由式(3)计算,(3)式中:h为过孔深度,单位为mm,一般h等于板厚,通常为1.4mm~1.6mm;d为过孔直径,单位为mm。
对于1.6mm厚、直径为0.4mm的过孔电感为1.2nH。
虽然不大,但实际证明它也影响开关IC的工作,特别是在使用MOSFET时。
因此,必须使用一输入陶瓷电容为IC解耦,一定要注意该电容应尽可能靠近IC引脚与PCB连接处,并且在该电容与IC引脚焊点之间不能有过孔连接。
上一页12345678下一页事实上增加某些走线的宽度对电路工作可能是不利的。
例如,对正输入-正输出buck变换器,从开关节点到二极管的走线电压是变化的。
任何带有变动电压的导体,不管它流过电流的大小,只要其尺寸足够大就会形成E型天线。
因此,应该减少开关节点处的走线面积,而非增加它。
这就是为什么要避免不当的“铜滥”的原因。
唯一允许大面积覆铜的电压节点就是接地点或外壳接地点,其它走线(包括输入电源母线)都可能因寄生高频噪声而产生严重辐射效应。
减小电感的最好方法是减小长度,而不是增加宽度。
若由于某些原因,走线长度不能进一步减小,则可以通过将电流前行和返回走线并行的方法来减小电感。
电感之所以出现是因为它们存储了磁能量,该能量存在于磁场中。
反过来讲,如果磁场消失,则电感也消失。
通过将两条电流走线平行布置,流过它们的电流大小相等方向相反,从而使磁场大大削弱。
这两条平行走线在PCB的同一面上时要靠的非常近。
若使用双面PCB,最好的办法是将两条平行走线置于板的两面或者相邻层的相对位置。
为加强互耦以消去磁场,这些走线应该尽量宽些。
对于大功率离线反激式变换器,二次侧走线的电感会反射到一次侧,从而极大地增加了一次等效漏感,使效率降低。
当要应付较大的电流而需并联多个输出电容时,这种情况就更为严重。
但仍可利用消去磁场的方法来减小电感。
从产生噪声的观点上看,对所有拓扑,电感均不处于关键路径,因此不必过多的担心它的布线。
但要考虑电感产生的电磁场,它会影响附近的电路及敏感走线,同样会产生问题。
因此,在一般情况下,若成本允许,最好使用屏蔽电感来解决这个问题。
若条件不允许,应将其置于远离IC处,特别要远离反馈走线。
5 电力电子电路PCB的几个关键走线在开关转换期间,某些走线的电流会瞬间停止,而另一些走线电流同时瞬间导通,他们均在开关转换时间的100ns之内发生,这些走线被认为是开关变换器PCB 布线的关键走线。
它们的布线应该宽而短。
每个开关转换瞬间,这些走线中都产生很高的di/dt,这个线路都混杂着细小但不低的电压尖峰。
这主要是由寄生电感产生的电压V=L×di/dt引起的。
根据经验,每英寸走线的寄生电感约为20nH。
MOSFET比BJT转换速度更高,MOSFET的开关转换时间为10ns~50ns,而BJT 一般为100ns~150ns。
由于它们在其PCB关键走线中产生更高的di/dt,采用MOSFET开关的变换器将产生更恶劣的尖峰。
对1吋的铜走线开关,在30ns的开关转换时间流过1A的瞬态电流,将产生0.7V的尖峰电压。
若是3A的瞬态电流流过2吋的铜走线,将产生近4V的尖峰电压。
噪声尖峰一旦产生,不仅传递到输入/输出,影响变换器性能,而且还能渗透到IC控制单元,使控制功能失稳失常,甚至使控制的限流功能失效,导致灾难性后果。
噪声尖峰几乎是观察不到的。
首先,各种寄生参数一定程度上帮助吸收尖峰噪声。
其次,用示波器探头观察时,探头自身10pF ~20pF的电容也能吸收该类尖峰,从而看不到任何显著信息。
另外,探头感应了太多空气传播的开关噪声,使观察者难以确定所看到的到底是什么。
对于buck和buck-boost电路,输入电容也处于关键路径中。
这意味着在这些拓扑中功率级需要有良好的输入解耦装置。
因此,除了功率级所需要的大容量电容外(通常是大容量钽电容或铝电解电容),还应在开关的电源侧与最靠近开关的地端之间接入一小容量陶瓷电容,约0.1μF~1μF。
对于boost和buck-boost电路,输出电容也处于关键路径中。
因此,该电路电容和二极管应尽量靠近控制IC,在该电容两端并联一个陶瓷电容是有利的,但要求它不会引起环路不稳定。
对buck电路,应注意虽然要求输出二极管尽量靠近IC/开关,但对输出电容却没有严格要求,这是因为电感的存在使得该路径电流平滑。
若用一陶瓷电容与输出电容并联,则只是为了进一步降低输出高频噪声和输出纹波。
但该做法并不可靠,特别是对于电压控制模式,当输出电容等效串联电阻(ESR)值变得太小(小于100m )时,可能造成环路严重不稳定。
对所有拓扑结构,二极管处于关键路径。
二极管连接开关节点,并通过节点直接连接到开关IC内部。
对开关IC,当buck变换器布线造成二极管距离IC太远时,可通过在开关点与地之间(跨过二极管,靠近IC)并联一个小型RC缓冲器来进行后级调整。
该RC缓冲电路由一个10Ω~100Ω电阻(最好为低感型)与一个约470pF~2.2nF的电容(最好为陶瓷电容)串联组成。
注意电阻功耗为C×VIN2×f。
所以不仅电阻瓦数应选合适,电容容值也不能随意增加,以避免效率损失太多。
通常认为最重要的信号走线是反馈走线。
若这条走线吸收了噪声,就会使输出电压产生些许偏移,极端情况下可能造成不稳定或器件损坏。
应使反馈走线尽量的短,并远离噪声或磁场源(开关、二极管和电感)干扰。
决不能将反馈走线置于开关、二极管和电感下方,即使是PCB的另一面的下方,也不能让它靠近或平行噪声走线超过2mm~3mm,即使PCB的邻近层也要这样考虑。
有地处于中间层时,应在层间提供足够的屏蔽保护。
有时使反馈走线很短是不现实的。
应认识到使走线尽量短并非第一位的要求。
事实上,经常会有意识的将它布的长一些,以便使这些走线避开潜在的噪声源。
也可小心设计使部分反馈走线穿过没有返回电流流过的地,这将使得它免受干扰。
6 多层板的地对多层板,通常的做法是将全部一层作为地。
一些在这方面有经验的人认为,该方法能够解决很多问题。
已知每个信号都有回路,随着谐波增高,其返回电流将不是沿着直流电阻最小的那条路径,而是沿着地对应电感最小的路径,甚至是之字形路径。
因此,通过设置一层地,就能给返回电流提供阻抗最小的路径,至于是直流电阻最小还是感抗最小,则取决于谐波频率。
地还能容性的吸收其上层走线的噪声,从而一定程度的减少噪声和电磁干扰。
但若不小心也会造成辐射,这种情况可能在耦合了太多走线噪声时发生。
地并非十全十美,吸收了噪声,它就会受到影响,特别是铜皮很薄时情况更为严重。
若地为建立热岛或为其它形式路径,被分割为不规则的图形,电流流动方式就会变得不规则。
地上的返回路径将不能直接对应其前向走线。
此时,地也起鱼骨天线的作用,产生EMI。
7 散热问题电力电子变换器的设计除了整机的热设计外,PCB板的热设计也十分重要。
对于散热,并非铜皮面积越大越好,铜皮较薄时更是如此。
使用1in2以上的铜皮面积性价比已经不高,但对覆铜厚度为2.8mil(70μm)或更厚的覆铜板铜面积可增大到3in。
超过以上限制则需使用外部散热器。
功率器件表面与大气的实际热阻大约为30℃/W。
即IC内部每消耗1W温度升高30℃。
可利用经验公式(4)来求出所需铜皮面积。
(4)式中:P的单位为W,Rth为热阻,单位为0C/W。
应该指出,热量并非都是从铜皮表面散失掉的。
常用于SMT(表面处理技术)的板材粘层为环氧树脂FR4,它是很好的导热材料。
安装器件的一面产生的热量可通过FR4传递到板的另一面,该表面接触空气可帮助降低热阻。
因此,即使在板的另一面设置铜平面,同样也有散热效果,但只可以减小10%~20%的热阻。