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1、PCB布同对电路EMC性能的影响PCB布局和参考回流路径的设计在电路的EMC性能中都是至关重要的因素,I1.对于电源转换电路来说尤其垂要。因此设计初期将回流路径可视化是重要的一个环节,通过将同流路径可视化,可以辅助设计和控制整个网路的区域。可视化回流路径可以直观看到整个信号或者电源的工作区域,从而找到减少回路感抗和高频阻抗的方法。在服层PCB设计时,我们没有完整的地返回平面,有时这就需要引用额外的去耦电容或者“K线”,以便减少回路面积。图1为个飞线的例子.JumperSignaITraceGNDShapeGNDShape图1:单层飞线连接GND在两房板中,相对丁单层板具有更多的优势,因为U与层
2、之间走线可以由过孔连接,井优化回路面积。图2显示了在顶层和底层通过过孔连接GND,并改善回流路径的示例。图2两层板示意图有时在做PCB设计的时候会建议割地处理(例如模拟和数字地),但根据我们的经验,这样做往往会导致额外的EMC问题.一、可视化完整的回流路径在设计过程中,我们建议将所有电源和信号路径的正向和返回电流分三步绘制。步豚1:在原理图上绘制的完整的电源路径。第2步:在PCB图上同样绘制电源路径。步骤3:根据上面两步的结果,优化PCB布局和最小化环路面积.在讨论DC-DC电路设计时,回潦路径的设计一直是关注的全点。如图3所示,一款De-DC降压电路的原理图和PCB布局。图3a:原理图。图3
3、b:PCB.图3:a)原理图b)PCB对图3电路可视化回流路径,参考图4,电流的正向路径为ABCD,电流返回路径为EFGo图4:PCB的输出滤波部分在直潦或低频(低于100kHZ),电流会沿着阻值最小的路径返回源端。在较高频率下,PI流信号会走盛抗最小路径。该感抗由电流的正向和返向路径所形成的环路面积决定。当回流路径直接位于电流正向路径下方时,此时整个环路面积最小,感抗也最小。这意味着如果有完整的地平面,高频电流会直接在正向路径下方的地平面回流到源端,如图4所示。接下来,让我们看看图5所示。图5:DC-DC滤波电路PCB如图所示,我们假设电流路径从UI(DCDC芯片)的Vin开始。在这种情况下
4、,育频电流有多个可能的返门1路径.高频电流会根据频率不同选择经过C7.C8或C9返回芯片源端,如图5所示。例如,I(X)MHZ的噪声可能会选择通过较小容值的C9回流,而较低频率的噪声(例如50OkHZ)可能会选择通过较大容值的C7或C8回流。二、经验法则为了减少了电流环路面积,并有助于减少开关电源的辐射和传导发射,有以卜.是几个EMC经验法则:1 .在可能的情况下,在信号层底下保持完整的参考平面。2 .将去糊和旁路电容尽可能旅近IC引脚放置“3 .海速信号线尽量短,且挨着地线布线,以确保低阻抗路径(最小环路面枳)。4 .在内部开关和续流二极管之间放置RC吸收电路,且吸收电路走线尽量短。5 .在
5、开关元件(IC、电感等)下方铺设完整参考平面。说起开关电源的难点问题,PCB布板问题不算很大难点,但若是要布出一个精良PCB板一定是开关电源的难点之一(PCB设计不好,可能会导致无论怎么调试参数都调试布出来的情况,这么说并非危言耸听)原因是PCB布板时考虑的因素还是很多的,如:电气性能,工艺路线,安规要求,EMC影响等等:考虑的因素之中电气是最基本的,但是EMC又是最难摸透的,很多项目的进展瓶颈就在于EMC间超:下面从二十二个方向给大家介绍下PCB布板与EMC:分享点一:熟透电路方可从容进行PCB设计之EM1.电路上面的电路对EMC的影响可想而知,输入端的浊波涔都在这里:防雷击的压敏:防止冲击
6、电流的电阻R102(配合维电器减小损耗):关键的虑差模X电容以及和电感配合戏波的Y电容:还有对安规布板影响的保险丝:这里的每个器件都至关重要,要细细品味每一个器件的功能与作用。设计电路时就要考虑的EMC严酷等级从容设计,比娟设置几级流波,Y电容数量的个数以及位置。压敏大小数量选择,都与我们对EMC的需求密切相关,欢迎大家起讨论看似简单其实每个元器件蕴含深刻道理的EMI电路.分享点二:电路与EMC:(最熟悉的反激主拓扑,看看电路中哪些关键地方蕴含了EMC的机理)上图的电路中打圈几部分:对EMC影响非常也要(注意绿色部分不是的),比如辐射大家都知道电该场辐射是空间的,但基本的原理是磁通盘的变化,能
7、通任涉及到磁场有效截面积,也就是电路中对应的环路。电流可以产生磁场,产生的是稳定的磁场,不能向电场转化:但变化的电流产生变化的磁场,变化的磁场是可以产生电场(其实这就是有名的麦克斯韦方程我用通俗语言来说),变化的电场同理可产生磁场。所以一定要关注那些有开关状态的地方,那就是EMC源头之.这里就是EMC源头之(这里说之当然后续还会讲到其它方面):比如电路中虚线环路,是开关管开通和关断的环路.不仅设计电路时开关速度可以调节对EMe影响,布板走线环路面积也有若歪要的影响!另二个环路是吸收环路和整流环路,先提前了解卜.,后面再讲!分享点三:PCB设计与EMC的美联1.PcB环路对EMC的影响非常重要,
8、比如反激主功率环路,如果太大的话辐射会很差。2 .滤波器走线效果,混波器是用来港去干扰的,但若是PCB走线不好的话,波波器就可能失去应该有的效果。3 .结构部分,散热器设计接地不好会影响,屏蔽版的接地等:4 .敏感部分与干扰源头过近,比如EM1.电路与开关管很近,必然会导致EMC很差,需要有清晰的隔离区域。5 .RC吸收回路的走线。6 .Y电容接地与走线,还有Y电容的位置也很关键等等!等等。先想到这说这些,后续会具体讨论,先起个引子。卜.面举一个小例子:如上图中虚线框,X电容引脚走线做了内缩的处理,大家可以学习下,如何让电容引脚走线外挂(采用挤电流走线)。这样X电容的滤波效果才能够达到最佳状态
9、。分享点四:PCB设计之准备事项:准备充分了,方可设计步步稳健,避免设计推翻重来)大致有以卜的一些方面,都是自己设计过程会去考虑,所有的内容跟别的教程无美,都是只是自己的经验总结。1 .外观结构尺寸,包括定位孔,风道潦向,输入输出插座,需要与客户系统匹配,还需要与客户沟通装配上的问题,限而等等。2 .安规认证,产品做哪种认证,哪些儿1方做到基本绝爬电距离要留够,哪些地方做到加强绝缘留够距离或开槽。3 .封装设计:有没有特殊期间,如定制件封装准备.4 .工艺路线选定:单面板双面板选择,或是多层板,根据原理图及板子尺寸,成本等综合评估。5 .客户的其他特殊要求。结构工艺相对会更灵活,安规还是比较固
10、定的部分,做什么认证,过什么安规标准,当然也有一些安规是很多标准中通用的,但也有一些特殊产品比如医疗会比较严苛。为了新入门工程师朋友们不至于眼花缭乱:接下来列出些普遍产品通用的,下面是对于IEC6(X)65总结出来的具体布板要求,针对安规需要牢记,碰到具体产品要会针对性处理:1.输入保险丝焊盘制件的距离安规要求大于3.0MM,实际布板按照3.5MM(简单说保险税前按照3.5MM爬电距离,之后按照3.0MM爬电距离)6 .整流桥前后安规要求2.0MM布板按照2.5MM“7 .整潦后安规一般不做要求,但是荏低压间根据实际电压大小曲距离,习惯400V高压留2.0MM以上。8 .初次缎问安规要求6.4
11、MM(电气间隙),爬电距离按照7.6MM为最佳。(注意这个跟实际输入电压相关,需耍查表具体计算,提供数据仅供参考,以实际场合为准)9 .初次级用冷地,热地标识清晰:1.N标识,输入ACINPUT标识,保险统警告标识等等都需要清晰标出:大家对上面有疑问的,也可以讨论,互相学习!再次建申实际安规距离跟实际输入电压相关以及工作环境有关,需要杳表具体计算,提供数据仅供参考,以实际场合为准:分享点五:PCB设计之安规考虑其它因素1 .明白自己产品做什么认证,属于什么产品种类,比如医疗,通信,电力,TV等各不相同,但也有很多相通的地方。2 .安规中与PCB布板紧密的地方,了解绝缘的特点,哪些地方是基本绝缘
12、,哪些地方是加强绝缘,不同标准绝缘距离是不样的。最好是会查标准,并且会计算电气距离,爬电距离.3 .产品的安规器件IR点注意,比如变压器磁性与原副边关系:4 .散热器与周边距离问题,散热涔接的地不一样绝缘情况也不一样,接大地还是冷地,热地绝绿也布样。5 .保险的距离特别注意,要求最严格地方.保险丝前后距离布一致.6Y电容与漏电潦,接触电流关系。等等,后续会详细说明距离该怎么留,如何做好安规要求。分享点六:PCB设计之电源布局1 .首先衡用PCB尺寸与器件数代,做到疏密有致,要不然一块密,一块稀疏很难看。2 .将电路模块化,以核心器件为中心,关键器件优先放的原则一次放置器件。3 .器件呈垂直或水
13、平防置,一是美观,二是方便插件作业,特殊情况可以考虑倾斜。4 .布局时需要考虑到走线,摆放到最合理位冏方便后续走线。5 .布局时尽可能减小环路面积,四大环路后面会详解到。做到上述几点,当然要灵活运用,比较合理的布局很快就会诞生。下面是我画的第一块处女PCB板,好多年前的事情,当时非常的艰苦完成的,中间可能有小问题,不过大体布局还是值得学习的:此图功率密度还是比较高,其中1.1.C的控制部分,辅助源部分以及BUCK电路驱动(大功率多路输出)部分在小板上,就没拿出来,看看主功率方面的布同特点吧:1.输入输出端子是固定死的,不能动,板子是长方形的,主功率流向如何去选择?这里采用由下至上,由左及右的方
14、式来布局,散热是依靠外壳.6 .EMI电路还是清晰的流向,这点很歪要,要不混乱了不美观也对EMC不好。7 .大电容的位置尽室考虑到了PFC环路以及1.1.C主功率环路:8 .副边的电流比较大,为了走电潦,以及整流管散热,采用这样的布局,整流管在上,BUCK电路MoS管在下,散热分散效果好:大功率的顶层一般走负,底层走正。每个板子有自己的特点,当然也有自己的难处,如何合理解决是关键,大家从中能理解布局合理选取的含义吗?分享点七:PCB实例赏析可以根据之前谈论的PCB布局要点,检视此板,是否做的很到位,我认为是做到比较好的地方了,当然瑕疵总会有,也可以提出来,单面板如此常凌能做到这样已实属不易可以
15、借此板学习讨论!后面还会针对此板讲解学习,大家先欣赏下。分享点八:PCB设计之四大环路认识:(PCB布同的基本要求就是I叱大环路面枳小)四个环I1.h1.入鳖施城及拜92.功率开关环IB3.HQHB4.Mri1.ttSIfft要求,凶个环IMI&一定察小.坏第对宣的传总电育常大充电瞬的位性以及出仪攸和杂讯“有响GfHK电箫补充下,吸收环路(RCD吸收以及MoS管的RC吸收,整流管的RC吸收,也很重要,也是产生高频辐射的环路,对上图有任何疑问,都欢迎讨论,不n怕任何质疑,只要是针对问题的质疑,一起讨论学习才能更大的进步!分享点九:PCB设计之热点(浮动电位点)及地线:两处通点;,.开关管的i4tonsFET的Oeo2.次程戊管的阳依国求,两处务点的斜面鼠面&(包括引俊)-三.fcm1.f5.A.&GDIemsttAdtftA.尽研布戕3蹙形以K少此处的电磁发射对M超,三,地线分割:蹙求,单.&*维.卬大电傀的开关功率地更。小电激的控富修号地分开.*FWff*