電源PCB設(shè)計(jì)指南！包括：PCB安規(guī)，布局布線，EMC，熱設(shè)計(jì)，工藝

時(shí)間：2020-07-06 20:52:17

關(guān)鍵字： EMC 電源

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[導(dǎo)讀]摘要：安規(guī)距離要求部分抗干擾、EMC部分整體布局及走線部分熱設(shè)計(jì)部分工藝處理部分 Part 1 安規(guī)距離要求部分包括電氣間隙（空間距離），爬電距離（沿面距離）和絕緣穿透距離。 1、電氣間隙：兩相鄰導(dǎo)體或一個(gè)導(dǎo)體與相鄰電機(jī)殼表面的沿空氣測(cè)量的最短距離

摘要：

安規(guī)距離要求部分

抗干擾、EMC部分

整體布局及走線部分

熱設(shè)計(jì)部分

工藝處理部分

Part 1

安規(guī)距離要求部分

包括電氣間隙（空間距離），爬電距離（沿面距離）和絕緣穿透距離。

1、電氣間隙：兩相鄰導(dǎo)體或一個(gè)導(dǎo)體與相鄰電機(jī)殼表面的沿空氣測(cè)量的最短距離。

2、爬電距離：兩相鄰導(dǎo)體或一個(gè)導(dǎo)體與相鄰電機(jī)殼表面的沿絕絕緣表面測(cè)量的最短距離。

一、爬電距離和電氣間隙距離要求：

1、爬電距離：輸入電壓50V-250V時(shí)，保險(xiǎn)絲前L—N≥2.5mm，輸入電壓250V-500V時(shí)，保險(xiǎn)絲前L—N≥5.0mm；電氣間隙：輸入電壓50V-250V時(shí)，保險(xiǎn)絲前L—N≥1.7mm，輸入電壓250V-500V時(shí)，保險(xiǎn)絲前L—N≥3.0mm；保險(xiǎn)絲之后可不做要求，但盡量保持一定距離以避免短路損壞電源；

2、一次側(cè)交流對(duì)直流部分≥2.0mm；

3、一次側(cè)直流地對(duì)地≥4.0mm如一次側(cè)地對(duì)大地；

4、一次側(cè)對(duì)二次側(cè)≥6.4mm，如光耦、Y電容等元器零件腳間距≤6.4mm要開(kāi)槽；

5、變壓器兩級(jí)間≥6.4mm以上，≥8mm加強(qiáng)絕緣。

Part 2

抗干擾、EMC部分

一、長(zhǎng)線路抗干擾

在圖二中，PCB布局時(shí)，驅(qū)動(dòng)電阻R3應(yīng)靠近Q1（MOS管），電流取樣電阻R4、C2應(yīng)靠近IC1的第4Pin，如圖一所說(shuō)的R應(yīng)盡量靠近運(yùn)算放大器縮短高阻抗線路。因運(yùn)算放大器輸入端阻抗很高，易受干擾。輸出端阻抗較低，不易受干擾。一條長(zhǎng)線相當(dāng)于一根接收天線，容易引入外界干擾。

在圖三的A中排版時(shí)，R1、R2要靠近三極管Q1放置，因Q1的輸入阻抗很高，基極線路過(guò)長(zhǎng)，易受干擾，則R1、R2不能遠(yuǎn)離Q1。

在圖三的B中排版時(shí)，C2要靠近D2，因?yàn)镼2三極管輸入阻抗很高，如Q2至D2的線路太長(zhǎng)，易受干擾，C2應(yīng)移至D2附近。

二、小信號(hào)走線盡量遠(yuǎn)離大電流走線，忌平行，D>=2.0mm。

三、小信號(hào)線處理：電路板布線盡量集中，減少布板面積提高抗干擾能力。

四、一個(gè)電流回路走線盡可能減少包圍面積。

如：電流取樣信號(hào)線和來(lái)自光耦的信號(hào)線

五、光電耦合器件，易于干擾，應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)電場(chǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)器件，如大電流走線、變壓器、高電位脈動(dòng)器件等。

六、多個(gè)IC等供電，Vcc、地線注意。

串聯(lián)多點(diǎn)接地，相互干擾

七、噪聲要求

1、盡量縮小由高頻脈沖電流所包圍的面積，如下（圖一、圖二）

一般的布板方式：

2、濾波電容盡量貼近開(kāi)關(guān)管或整流二極管如上圖二，C1盡量靠近Q1，C3靠近D1等。

3、脈沖電流流過(guò)的區(qū)域遠(yuǎn)離輸入、輸出端子，使噪聲源和輸入、輸出口分離。

圖三：MOS管、變壓器離入口太近，電磁的輻射能量直接作用于輸入端，因此，EMI測(cè)試不通過(guò)。

圖四：MOS管、變壓器遠(yuǎn)離入口，電與磁的輻射能量距輸入端距離加大，不能直接作用于輸入端，因此EMI傳導(dǎo)能通過(guò)。

4、控制回路與功率回路分開(kāi)，采用單點(diǎn)接地方式，如圖五。

控制IC周?chē)脑拥亟又罥C的地腳；再?gòu)牡啬_引出至大電容地線。光耦第3腳地接到IC的第1 腳，第4腳接至IC的2腳上。如圖六。

5、必要時(shí)可以將輸出濾波電感安置在地回路上。

6、用多只ESR低的電容并聯(lián)濾波。

7、用銅箔進(jìn)行低感、低阻配線，相鄰之間不應(yīng)有過(guò)長(zhǎng)的平行線，走線盡量避免平行、交叉用垂直方式，線寬不要突變，走線不要突然拐角（即：≤直角）。（同一電流回路平行走線，可增強(qiáng)抗干擾能力）

八、抗干擾要求：

1、盡可能縮短高頻元器件之間連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互間電磁干擾，易受干擾的元器件不能和強(qiáng)干擾器件相互挨得太近，輸入輸出元件盡量遠(yuǎn)離。

2、某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。

Part 3

整體布局及走線原則

一、整體布局

1、散熱片分布均勻，風(fēng)路通風(fēng)良好。

圖一：散熱片擋風(fēng)路，不利于散熱；圖二：通風(fēng)良好，利于散熱

2、電容、IC等與熱元件（散熱器、整流橋、續(xù)流電感、功率電阻）要保持距離以避免受熱而受到影響。

3、電流環(huán)：為了穿線方便，引線孔距不能太遠(yuǎn)或太近。

4、輸入/輸出、AC/插座要滿足兩線長(zhǎng)短一致，留有一定空間裕量，注意插頭線扣所占的位置、插拔方便，輸出線孔整齊，好焊線。

5、元件之間不能相碰、MOS管、整流管的螺釘位置、壓條不能與其它元相碰，以便裝配工藝盡量簡(jiǎn)化電容和電阻與壓條或螺釘相碰，在布板時(shí)可以先考慮好螺釘和壓條的位置。如下圖三：

6、除溫度開(kāi)關(guān)、熱敏電阻…外，對(duì)溫度敏感的關(guān)鍵元器件（如IC）應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件，發(fā)熱較大的器件應(yīng)與電容等影響整機(jī)壽命的器件有一定的距離。

7、對(duì)于電位器，可調(diào)電感、可變電容器，微動(dòng)開(kāi)關(guān)等可調(diào)元件的布局，應(yīng)考慮整機(jī)結(jié)構(gòu)要求，若是機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)放在PCB板上方便于調(diào)節(jié)的地方，若是機(jī)外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機(jī)箱面板上的位置相適應(yīng)。

8、應(yīng)留出印制PCB板定位孔支架所占用的位置。

9、位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不少于2mm。

10、輸出線、燈仔線、風(fēng)扇線盡量一排，極性一致與面板對(duì)應(yīng)。

11、一般布局：小板上不接入高壓，將高壓元件放在大板上，如有特殊情況，則安規(guī)一定要求考慮好。如圖四將R1、R2放在大板，引入一低壓線即可。

12、初級(jí)散熱片與外殼要保持5mm以上距離（包麥拉片除外）。

13、布板時(shí)要注意反面元件的高度。如圖五：

14、初次級(jí)Y電容與變壓器磁芯要注意安規(guī)。

二、單元電路的布局要求

1、要按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號(hào)流通，并使信號(hào)盡可能保持一致的方向。

2、以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來(lái)進(jìn)行布局，元器件應(yīng)均勻整齊，緊湊地排列在PCB上，盡量減小和縮短各元件之間的連接引線。

3、在高頻下工作要考慮元器件的分布參數(shù)，一般電路應(yīng)盡可能使元器件平行排列，這樣不僅美觀，而且裝焊容易，易于批量生產(chǎn)。

三、布線原則

1、輸入輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，最好加線間地線，以免發(fā)生反饋藕合。

2、走線的寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基板間的粘附強(qiáng)度和流過(guò)它們的電流值決定。當(dāng)銅箔厚度為50μm，寬度為1mm時(shí)，流過(guò)1A的電流，溫升不會(huì)高于3℃，以此推算2盎司（70μm）厚的銅箔，1mm寬可流通1.5A電流，溫升不會(huì)高于3℃（注：自然冷卻）。

3、輸入控制回路部分和輸出電流及控制部分（即走小電流走線之間和輸出走線之間各自的距離）電氣間隙寬度為：0.75mm--1.0mm(Min0.3mm)。原因是銅箔與焊盤(pán)如果太近易造成短路，也易造成電性干擾的不良反應(yīng)。

4、ROUTE線拐彎處一般取圓弧形，而直角、銳角在高頻電路中會(huì)影響電氣性能。

5、電源線根據(jù)線路電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路阻抗，同時(shí)使電源線，地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞方向一致，縮小包圍面積，有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。

A：散熱器接地多數(shù)也采用單點(diǎn)接地，提高噪聲抑制能力如下圖：

更改前：多點(diǎn)接地形成磁場(chǎng)回路，EMI測(cè)試不合格。

更改后：?jiǎn)吸c(diǎn)接地?zé)o磁場(chǎng)回路，EMI測(cè)試OK。

7、濾波電容走線

A：噪音、紋波經(jīng)過(guò)濾波電容被完全濾掉。

B：當(dāng)紋波電流太大時(shí)，多個(gè)電容并聯(lián)，紋波電流經(jīng)過(guò)第一個(gè)電容當(dāng)紋波電流太大時(shí)，多個(gè)電容并聯(lián)，紋波電流經(jīng)過(guò)第一個(gè)電容產(chǎn)生的熱量也比第二個(gè)、第三個(gè)多，很容易損壞，走線時(shí)，盡量讓紋波電流均分給每個(gè)電容，走線如下圖A、B如空間許可，也可用圖B方式走線。

8、高壓高頻電解電容的引腳有一個(gè)鉚釘，如下圖所示，它應(yīng)與頂層走線銅箔保持距離，并要符合安規(guī)。

9、弱信號(hào)走線，不要在電感、電流環(huán)等器件下走線。

電流取樣線在批量生產(chǎn)時(shí)發(fā)生磁芯與線路銅箔相碰，造成故障。

10、金屬膜電阻下不能走高壓線、低壓線盡量走在電阻中間，電阻如果破皮容易和下面銅線短路。

11、加錫：

A：功率線銅箔較窄處加錫；

B：RC吸收回路，不但電流較大需加錫，而且利于散熱；

C：熱元件下加錫，用于散熱，加錫不能壓焊盤(pán)。

12、信號(hào)線不能從變壓器、散熱片、MOS管腳中穿過(guò)。

13、如輸出是疊加的，差模電感前電容接前端地，差模電感后電容接輸出地。

14、高頻脈沖電流流徑的區(qū)域：

A：盡量縮小由高頻脈沖電流包圍的面積上圖所標(biāo)示的5個(gè)環(huán)路包圍的面積盡量小。

B：電源線、地線盡量靠近，以減小所包圍的面積，從而減小外界磁場(chǎng)環(huán)路切割產(chǎn)生的電磁干擾，同時(shí)減少環(huán)路對(duì)外的電磁輻射。

C：大電容盡量離MOS管近，輸出RC吸收回路離整流管盡量近。

D：電源線、地線的布線盡量加粗縮短，以減小環(huán)路電阻，轉(zhuǎn)角要圓滑，線寬不要突變?nèi)缦聢D：

E：脈沖電流流過(guò)的區(qū)域遠(yuǎn)離輸入輸出端子，使噪聲源和出口分離。

F：振蕩濾波去耦電容靠近IC地，地線要求短。

15、錳銅絲立式變壓器磁芯工字電感功率電阻散熱片磁環(huán)下不能走第一層線。

16、開(kāi)槽與走線銅箔要有10MIL以上的距離，注意上下層金屬部分的安規(guī)。

17、驅(qū)動(dòng)變壓器，電感，電流環(huán)同名端要一致。

18、雙面板一般在大電流走線處多加一些過(guò)孔，過(guò)孔要加錫，增加載流能力。

19、在單面板中，跳線與其它元件不能相碰，如跳線接高壓元件，則應(yīng)與低壓元件保持一定安規(guī)距離。同時(shí)應(yīng)與散熱片要保持1mm以上的距離。

四、案例分析

開(kāi)關(guān)電源的體積越來(lái)越小，它的工作頻率也越來(lái)越高，內(nèi)部器件的密集度也越來(lái)高，這對(duì)PCB布線的抗干擾要求也越來(lái)越嚴(yán)，針對(duì)一些案例的布線，發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題與解決方法如下：

1、整體布局

案例1是一款六層板，最先布局是元件面放控制部份，焊錫面放功率部份，在調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)干擾很大，原因是PWM IC與光耦位置擺放不合理，如：

如上圖，PWM IC與光耦放在MOS管底下，它們之間只有一層2.0mm的PCB隔開(kāi)，MOS管直接干擾PWM IC，后改進(jìn)為：

將PWM IC與光耦移開(kāi)，且其上方無(wú)流過(guò)脈動(dòng)成份的器件。

2、走線問(wèn)題

功率走線盡量實(shí)現(xiàn)最短化，以減少環(huán)路所包圍的面積，避免干擾。小信號(hào)線包圍面積小，如電流環(huán)：

A線與B線所包面積越大，它所接收的干擾越多。因?yàn)樗欠答侂夾線與B線所包面積越大，它所接收的干擾越多。因?yàn)樗欠答侂婑罘答伨€要短，且不能有脈動(dòng)信號(hào)與其交叉或平行。

PWM IC芯片電流采樣線與驅(qū)動(dòng)線，以及同步信號(hào)線，走線時(shí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離，不能平行走線，否則相互干擾。電流波形為：

PWM IC驅(qū)動(dòng)波形及同步信號(hào)電壓波形是：

Part 4

熱設(shè)計(jì)部分

注：小板離變壓器不能太近

小板離變壓器太近，會(huì)導(dǎo)致小板上的半導(dǎo)體元件容易受熱而影響。

Part 5

工藝處理部分

每一塊PCB上都必須用箭頭標(biāo)出過(guò)錫爐的方向：

布局時(shí)，DIP封裝的IC擺放的方向必須與過(guò)錫爐的方向成垂直，不可平行，如下圖；如果布局上有困難，可允許水平放置IC（SOP封裝的IC擺放方向與DIP相反）。

布線方向?yàn)樗交虼怪?，由垂直轉(zhuǎn)入水平要走45度進(jìn)入。若銅箔入圓焊盤(pán)的寬度較圓焊盤(pán)的直徑小時(shí)，則需加淚滴。布線盡可能短，特別注意時(shí)鐘線、低電平信號(hào)線及所有高頻回路布線要更短。

模擬電路及數(shù)字電路的地線及供電系統(tǒng)要完全分開(kāi)。如果印制板上有大面積地線和電源線區(qū)（面積超過(guò)500平方毫米），應(yīng)局部開(kāi)窗口。如下圖：

橫插元件（電阻、二極管等）腳間中心，相距必須是300mil，400mil及500mil。（如非必要，240mil亦可利用，但使用與IN4148型之二極管或1/16W電阻上。1/4W電阻由10.0mm開(kāi)始）跳線腳間中心相距必須是200mil，300mil，500mil，600mil，700mil，800mil，900mil，1000mil。PCB板上的散熱孔，直徑不可大于140mil。

PCB上如果有Φ12或方形12MM以上的孔，必須做一個(gè)防止焊錫流出的孔蓋，如下圖（孔隙為1.0MM）

在用貼片元件的PCB板上，為了提高貼片元件的貼裝準(zhǔn)確性，PCB板上必須設(shè)有校正標(biāo)記（MARKS），且每一塊板最少要兩個(gè)標(biāo)記，分別設(shè)于PCB的一組對(duì)角上，如下圖：

貼片元件的間距：

貼片元件與電插元件腳之間的距離。如下面兩圖：

SMD器件的引腳與大面積銅箔連接時(shí)，要進(jìn)行熱隔離處理，如下圖：

元件焊盤(pán)中心孔要比器件引線直徑稍大一些，焊盤(pán)太大易形成虛焊，焊盤(pán)外徑D一般不少于（d+1.2）mm，d為引線孔徑，對(duì)高密度的數(shù)字電路，焊盤(pán)最小直徑可?。╠+1.0）mm，孔徑大于2.5mm的焊盤(pán)適當(dāng)加大。元件擺放整齊、方向盡量一致。

對(duì)于PCB板上的貼片元件長(zhǎng)軸心線盡量與PCB板長(zhǎng)軸心線垂直的方向排列、不易折斷。

-END-

開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中最常用的幾大計(jì)算公式匯總

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