干貨 | 常見開關(guān)電源layout經(jīng)驗分享

2021年6月17日 14:17
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其實對于一個開關(guān)電源工程師而言，PCB的繪制其實是對一款產(chǎn)品的影響至關(guān)重要的部分，如果不能很好地Layout的話，整個電源很有可能不能正常工作，最小問題也是穩(wěn)波或者EMC過不去。
　　
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這是一個成品開關(guān)電源模組，文章會以這個電源模組的設(shè)計重點給大家講一些點。
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經(jīng)驗一，安規(guī)走線間距



這個是寫在協(xié)議里面的，如果你不按照這個做，耐壓測試一定是過不了的，因為高電壓，會直接空氣擊穿。注意保險絲之前的距離是比較遠(yuǎn)的，要求3mm以上，這就是為啥保險絲都會放在電路最前端的原因。

第二個要注意的是就算安規(guī)沒有寫，如果兩根走線太近，正常工作也依然會擊穿的，兩根1mm間距的PCB外層耐壓是200V，所以一般220v交流或者310V直流的走線距離至少2mm以上，我一般都是在2.5mm以上的。
　　
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這些器件都是有安規(guī)要求的，說白了，就是兩個器件有最小尺寸需求的，太小的器件其實是不可能過安規(guī)的。
　　
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開關(guān)電源變壓器的骨架，同樣是為了符合安規(guī)所以要有嚴(yán)格的把關(guān)。尤其是初級，到次級的距離，小功率變壓器是必須飛線的。
　　
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飛線的長度也要被管控，如果飛線太短，耐壓可能會受到影響，而如果飛線太長，會有可能對外輻射電磁信號，EMC過不了，所以需要在規(guī)格書里面詳細(xì)寫清楚，PCB繪制的時候，飛線的焊盤一定要注意。

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經(jīng)驗二，電流走向


這個其實很少有真的被提及，其實原因也很簡單。很多人不注意啊。
　　
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看著兩個設(shè)計，這部分RV1壓敏電阻到后面x2電容之間，為啥走線為啥故意這樣走，而不是直接覆銅全部短接?
　　
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注意這里保險絲之后，接壓敏電阻VR1再接x2電容的走線，完全是繞了一個彎，這是為什么?

理由很簡單，不讓電流在PCB上面有回頭路可以走。電流只走阻抗最小的部分，如果直接覆銅，必經(jīng)的元器件就有可能會被跳過，所以這樣做不可以。

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同樣的，這里的電解電容，一樣是為了避免電流繞過必經(jīng)的電容，直接流到負(fù)載上。

雖然畫法不同，但是實際起到的作用是一樣的。
　　
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這就是一個錯誤的案例，紅色L火線先接了共模電感，再接的x2電容，共模電感到x2電容的這段線就會產(chǎn)生一個奇妙的現(xiàn)象，電流來回走，變成了一根天線，x2電流充電的時候，導(dǎo)線內(nèi)部電流是正向，電容放電的時候，導(dǎo)線內(nèi)部的電流是反向的，這不是天線是什么?

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經(jīng)驗三，最小高壓主電流回路



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所謂的最小高壓主電流回路，說的就是最后一個高壓濾波電容和變壓器初級，與高壓mos管之間形成的回路。

這個回路由于要經(jīng)過高壓脈沖電信號，必定會產(chǎn)生嚴(yán)重電磁輻射，而我們能改善的唯一手段就是減小環(huán)路面積，這個環(huán)越小，天線就越小，輻射就越少。

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這就是實際布線時候的布局，大家可以參考一下，JT1是飛線，直接把310V正電壓引入了變壓器。

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經(jīng)驗四，獨立電壓采樣走線。


開關(guān)電源的采樣電壓一定要和開關(guān)電源的大電流走線分開。

要從開關(guān)電源輸出電源的最末端去獨立拉線采樣，這樣可以避免負(fù)載電流對采樣線上形成的干擾
　　
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采樣電路在最末端。直接從負(fù)載輸出端取電壓，采樣走線上不走大電流。避免了各種采樣誤差。

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經(jīng)驗五 PCB載流能力


眾所周知PCB的過電流能力是有限的，但是PCB上的電流究竟能過多少呢?

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上面這個表格可以給你一個詳細(xì)的參考。看過表格，你應(yīng)該知道了對于小功率開關(guān)電源而言，高壓側(cè)的走線完全沒有必要搞的很粗，除非是為了為器件提供散熱，否則1mm一般是足夠的，最多2mm多數(shù)情況都能夠勝任了。

但是對于低壓側(cè)，大電流怎么辦?
　　
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一方面是增加線寬，一方面是通過去掉部分阻焊層，并在鋼網(wǎng)層制造窗口，讓導(dǎo)線上錫水。


導(dǎo)線的載流能力就會得到相應(yīng)的增加。(注意一定要在Paste鋼網(wǎng)層開孔，否則不會真的上焊錫的，切記切記)

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經(jīng)驗六，PCB過孔散熱的技巧


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許多時候我們需要通過PCB線路板來散熱，這個時候我們會打一些過孔，然后把熱量傳遞到PCB的反面去。


這時候有一個小技巧，那就是孔塞可以增加熱傳導(dǎo)的效率，但是孔塞有一個常見最大孔塞直徑，一般是過孔直徑不大于0.45mm、保險一點一般都是取0.4mm直徑。

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經(jīng)驗七 放電管的繪制


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一般在開關(guān)電源的高壓側(cè)與低壓側(cè)之間會有一個放電管，用來釋放靜電。
　　
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許多工程師都會最后在PCB Layout的時候手工繪制。

而我的建議是直接做成一個封裝，然后和PCB關(guān)聯(lián)調(diào)用，這樣不會破壞PCB的聯(lián)動性。

只是說你需要繪制兩個異形封裝罷了，還算比較容易。
　　
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注意這里只需要去掉阻焊層，千萬不要在中間繪制鋼網(wǎng)層，因為這里是不需要上錫的，只有焊盤需要上錫。

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經(jīng)驗八 元器件封裝


一般而言，元器件一律按照IPC-SM-782A封裝標(biāo)準(zhǔn)制作，對于個別需要承受高壓的采樣電阻單獨對待，因為電阻焊盤之間的間距和耐壓有關(guān)，所以焊盤需要適當(dāng)拉開一些，但是同時又不能拉的太開，避免不必要的焊接不良率。
　　
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這是控制器用來直接連接高壓的采樣分壓電阻，如果間距不符合要求，很有可能就會耐壓不夠擊穿。

貼片電阻器也是有耐壓的，不過耐壓不夠就要加大封裝。

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這些差不多就是我在開關(guān)電源設(shè)計時候的，全部PCB繪制經(jīng)驗了。

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