开关电源设计中PCB板的注意事项

在开关电源的设计中，PCB板的物理设计是最后一个环节。 如果设计方法不当，PCB可能会辐射出过多的电磁干扰，造成供电不稳定。 下面介绍PCB厂开关电源PCB设计中PCB板各环节需要注意的问题：

从原理图到PCB的设计流程

创建元件参数->输入原理网表->设计参数设置->手动布局->手动布线->验证设计->审核->CAM输出。

开关电源PCB设计应注意的问题

组件布局

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造成不利影响。 例如，印制板的两条平行细线靠得很近，会形成信号波形的延迟，在传输线末端形成反射噪声； 电源和地线考虑不当造成的干扰会降低产品的性能。 因此，在设计印制电路板时应采用正确的方法。 每个开关电源都有四个电流电路：

(1)电源开关交流电路

(2)输出整流交流电路

(3)输入信号源电流环

(4)输出负载电流回路 输入回路

输入电容由近似直流电流充电，滤波电容主要起宽带储能作用； 同样，输出滤波电容也用来储存输出整流器产生的高频能量，消除输出负载电路的直流能量。 因此，输入输出滤波电容的接线端非常重要。 输入和输出电流电路应仅从滤波电容器的端子连接到电源； 如果输入/输出电路与电源开关/整流电路之间的连线不能直接连接到电容的端子，交流能量将通过输入或输出滤波电容辐射到环境中。

电源开关的交流电路和整流器的交流电路中含有高幅值的梯形电流。 这些电流的谐波成分很高，其频率远大于开关的基频。 峰值幅度最高可达连续输入/输出直流电流幅度的 5 倍。 过渡时间通常约为 50 n/s。

这两个电路最容易产生电磁干扰，因此必须在电源中布线其他印制线路之前铺设这些交流电路。 每个电路的三个主要元件，滤波电容器、功率开关或整流器、电感器或变压器，应彼此相邻放置。 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佳方式与其电气设计类似。 最佳设计流程如下：

放置变压器

设计电源开关电流电路

输出整流器设计电流电路

连接到交流电源电路的控制电路

设计输入电流源电路和输入滤波器设计输出负载电路和输出滤波器根据电路的功能单元，电路各元件的布局应遵循以下原则：

(1)首先，考虑PCB尺寸。 PCB尺寸过大时，印制线路长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本增加； 太小则散热差，相邻线路易受干扰。 电路板的最佳形状为矩形，长宽比为3：2或4：3。 位于电路板边缘的元器件与电路板边缘的距离一般不小于2mm。

(2)放置器件时，要考虑以后的焊接，不要过于密集。

(3)以各功能电路的核心元器件为中心，围绕其进行布置。 元器件在PCB上排列均匀、有序、紧凑，尽量减少和缩短元器件之间的引线和连线，去耦电容尽量靠近元器件的VCC。

(4) 对于高频工作的电路，应考虑元器件之间的分布参数。 对于一般电路，元器件尽量并联排列。 这样，不仅美观，而且易于组装和焊接，易于批量生产。

(5)根据电路流向安排各功能电路单元的位置，使布局便于信号流向，信号尽量保持同一方向。

(6)布局的首要原则是保证布线的分布率，移动元器件时注意飞线的连接，将有布线关系的元器件放在一起。

(7)尽量减小环路面积，抑制开关电源的辐射干扰。

参数设置

相邻导体之间的间距必须满足电气安全要求，并且为了便于操作和生产，间距也应尽可能宽。 最小间距应至少适合电压。 当走线密度较低时，可适当增加信号线间距。 有高低电平差的信号线尽量短，间距加大。 一般布线间距设置为8mil。

焊盘内孔边缘到印制板边缘的距离应大于1mm，以免加工时出现焊盘缺陷。 当与焊盘连接的布线较细时，焊盘与布线的连接应设计成水滴状。 这样做的好处是焊盘不易剥落，但布线与焊盘不易断开。

接线

开关电源包含高频信号。 PCB 上的任何印制导线都可以充当天线。 印制导线的长度和宽度会影响其阻抗和电感，从而影响频率响应。 即使是通过直流信号的印制导线，也会耦合到相邻印制导线的射频信号而引起电路问题（甚至再次辐射干扰信号）。 因此，所有通过交流电流的印刷线应设计得尽可能短和宽，这意味着连接到印刷线和其他电源线的所有组件必须靠近放置。

印制导线的长度与其电感和阻抗成正比，而宽度与其电感和阻抗成反比。 长度反映了印刷线响应的波长。 长度越长，印制导线能够收发电磁波的频率越低，能够辐射出的射频能量越多。 根据印制电路板的电流，尽量租用电源线的宽度，以减小回路电阻。 同时，使电源线和地线的方向与电流方向一致，有助于增强抗噪声能力。 接地是开关电源四个电流环路中最底层的支路，起着电路公共参考点的重要作用，是控制干扰的重要方法。

因此，在布局时应慎重考虑接地线的放置。 混合使用各种接地线会导致电源不稳定。

地线设计应注意以下几点：

1、正确选择单点接地 一般情况下，滤波电容的公共端应该是其他接地点耦合到大电流交流地的唯一连接点。 同级电路的接地点应尽量靠近，本级电路的电源滤波电容也应接到本级的接地点，主要是考虑到各部分电路回流到 地是可变的，实际流过的线路的阻抗会导致电路各部分地电位的变化而引入干扰。 在这种开关电源中，它的走线和元器件之间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰的影响较大，所以采用一点接地，即电源开关电流电路（地 电路中几个元器件的线接到接地脚上，输出整流电路中几个元器件的地线也接到相应滤波电容的接地脚上，使电源工作更稳定 并且不易自激，如果单点做不到，可以在公共地接两个二极管或者一个小电阻，可以接比较集中的铜箔。

2、接地线尽量加粗。 如果接地线很细，接地电位会随着电流的变化而变化，导致电子设备的定时信号电平不稳定，抗噪声性能变差。 因此，要保证每个大电流接地端子都使用尽可能短和宽的印制线，并尽可能加宽电源和地线的宽度。 地线最好比电源线宽。 他们的关系是：地线、电源线、信号线。 可能的话，接地线的宽度应大于3mm，也可以采用大面积的铜层作为接地线。 印制板上不用的部分作为接地线接地。 进行全球布线时还必须遵循以下原则：

(1)布线方向：从焊接面看，元器件的排列方向尽量与原理图一致，布线方向应与电路图的布线方向一致。 由于在生产过程中通常需要检测焊接面的各种参数，便于生产中的检查、调试和维护（注：指满足电路性能、整机安装和面板要求的前提下） 布局）。

(2) 设计接线图时，走线尽量少转弯，印刷圆弧上线宽不能突然变化，线角≥90度，走线尽量简洁 尽可能清楚。

(3) 印刷电路中不允许交叉电路。 可能交叉的线可以通过“钻”或“绕”来解决。 也就是说，让一根引线“钻”过其他电阻、电容、三极管脚下的缝隙，或者“绕”过一根可能交叉的引线的一端。 特殊情况下，如何把电路做的很复杂？ 为了简化设计，也允许使用跳线来解决交叉电路问题。 由于采用单面板，直列元件位于顶面，表面贴装元件位于底面，因此直列元件在布局中可以与表面贴装元件重叠，但焊盘 应避免重叠。

3、本开关电源的输入地和输出地为低压DC-DC。 为了将输出电压反馈回变压器的初级，两侧的电路应该有一个共同的参考地。 因此，两边的地线铺铜后，应连接在一起，形成公共地线。

查看

PCB布线设计完成后，需要仔细检查布线设计是否符合设计者制定的规则，还要确认制定的规则是否符合PCB生产工艺的要求。 一般需要检查线路、线路与元件焊盘、线路与过孔、元件焊盘与过孔、过孔与过孔的距离是否合理，是否符合生产要求。 电源线和地线的宽度是否合适，PCB中是否有可以加宽地线的地方。 注意：有些错误可以忽略。 例如，有些连接器的Outline的某些部分位于板框外，检查间距时会出现错误； 另外，每次修改走线和过孔，都要重新覆铜。

根据“PCB Checklist”重新检查

内容包括设计规则、层定义、线宽、间距、焊盘和过孔设置，以及器件布局的合理性、电源和地网络的走线、高速时钟网络的走线和屏蔽、去耦电容的放置和连接 。

设计输出照片文件的注意事项：

1. 需要输出的图层有布线层（底层）、丝印层（包括顶层丝印、底层丝印）、阻焊层（底层阻焊）、钻孔层（底层），同时生成钻孔 文件（NCD 钻）

2. 在设置丝印层的图层时，不要选择Part Type，而是选择顶层（底层）和丝印层的Outline、Text和Line。

3.设置各层的图层时，选择board Outline。 设置丝印层的图层时，不要选择Part Type，而是选择顶（下）层和丝印层的轮廓、文字和线条。

4.生成PCB钻孔文件时，使用power PCB的默认设置，不要做任何改动。