开关电源PCB板设计注意事项

开关电源PCB板设计注意事项

随着功率半导体器件性能的提高和开关技术的创新，电力电子技术在各种电力设备中得到了广泛的应用。目前，开关电源产品趋向于更小、更高速度、更高密度。这种趋势导致EMC问题变得越来越严重。电压、电流的高频切换过程会产生大量的EMI（电磁干扰），如果不加以限制，将严重影响周围用电设备的正常工作。因此，开关电源的PCB设计是解决开关电源电磁兼容问题的一个重要方面。PCB之所以被视为开关电源设计中不可缺少的部分，是因为它起着开关电源电气部分和机械部分连接的双重作用，是降低电子设备EMI的关键。

1 电磁耦合干扰

在电路设计中，电磁耦合干扰主要通过传导耦合和共模阻抗耦合影响其他电路。从EMC设计角度来看，开关电源电路与普通数字电路不同，具有相对明显的干扰源和敏感电路一般来说，开关电源的干扰源主要集中在电压、电流变化率较大的元件和导线上，如功率场效应晶体管、快恢复二极管、高频变压器以及与其连接的导线等。敏感电路主要指控制电路和直接与干扰测量设备相连的电路，因为这些干扰耦合可能直接影响电路的正常工作和对外传输的干扰水平。 共模阻抗耦合是指当两个电路的电流通过公共阻抗时，一个电路的电流在公共阻抗上形成的电压会影响另一个电路。

2 串扰干扰

印刷电路板（PCB）中电线和电缆之间的串扰干扰是最难克服的问题之一。 这里的串扰是指广义上的串扰。 无论其来源是有用信号还是噪声，串扰都以导线的互电容和互感来表示。 例如，控制和逻辑电平上传到PCB上的带状线，低电平信号上传到靠近它的第二条带状线。 当并行布线长度超过10cm时，预计会出现串扰干扰； 当长电缆承载多组串行或并行高速数据和远程控制线时，串扰干扰成为主要问题。 相邻电线和电缆之间的串扰是由互电容产生的电场和互感产生的磁场引起的。

在考虑PCB线性串扰问题时，最重要的问题是确定哪个更重要：电场（互电容）、磁场（互感）耦合。 耦合模型的确定主要取决于线路阻抗、频率等因素。一般来说，高频时电容耦合是主要的，但如果源或接收器之一或两者使用屏蔽电缆并在屏蔽两端接地，则磁场耦合将是主要的。此外，低电路阻抗和电感耦合是低频时的主要因素。

3 电磁辐射干扰

辐射干扰是由空间电磁波辐射引起的。 PCB电磁辐射分为差模辐射和共模辐射两种。 大多数情况下，共模干扰是开关电源产生的主要传导干扰，而共模干扰的辐射效应远大于差模干扰，因此降低共模干扰在开关电源的EMC设计中尤为重要 。