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2017.08.10 AC/DC

基板布局例

AC/DC PWM方式反激式转换器设计方法

完成电路图纸后,进入实际规划安装基板的布局阶段。本项将说明基板布局的示例、布局的原则或要点。

基板布局的要点

开关电源利用开关的ON/OFF来控制电压,但依然属于模拟电路。极端而言,虽然本身会发出高频噪声,但因拥有反馈环路,对噪声非常敏感。也就是说,开关电源电路的路径,必须考虑分成大电流ON/OFF后产生噪声的路径,以及对噪声非常敏感的控制信号路径。基板配线布局,大电流路径应避免产生噪声,控制信号路径应避免受到噪声影响。当然,这种噪声属于辐射噪声,也会对EMC造成影响,因此布局必须能极力避免产生噪声。

良好的布局要具备相当程度的经验。布局不当时,可能导致电源无法正常启动、整个系统的S/N恶化,最严重时可能破坏构成部件和电源IC。虽然属于非常依赖经验的作业,但大多数还是会提供只要利用电源IC的技术规格和增加数据,就能完成的基本的基板配线布局范例供用户参考。有的业者甚至提供光绘文件等能直接利用的数值等。

这些由经验丰富的工程师完成的最佳成果,值得多加利用。

以下为基板布局的示例和注意事项。

15A_graf

上图在部分简略的电路图纸上,标示大电流路径和控制信号路径。

  1. 红色线是大电流路径,是发生振铃或损耗主因,应尽量粗尽量缩短
  2. 此外,红色线的环路尽量缩小
  3. 二次侧的橙色线线和红色线相同尽量粗尽量缩短、环路尽量缩小
  4. 褐色线是是电流流向VCC引脚的路径,开关时流通电流,故须个别配线
  5. 变压器的正下方会受到磁通影响,不可经过IC控制信号线
  6. 红色线、褐色线、蓝色线、緑色线的GND应有一点接地
  7. 緑色线是二次侧的浪涌流向一次侧的路径,会瞬间流过大电流,因此在红色线和蓝色线之外个别配线
  8. 蓝色线是IC控制信号用GND线,不会流过大电流,但容易受到噪声影响,因此须在红色线、绿色线、褐色线之外另行配线

下图是考虑上述注意事项后的基板布局的例图。标示上图的红色、橙色、褐色环路范围。

15A_graf02

下面照片是安装后的示意图。和上方电路有些不同,但使用同一个电源IC,部件构造也几乎相同。相对于图纸,能够看到实际物品为何。

15A_graf03

实际的设计时,受可利用基板的长宽尺寸等物理、机械因素的影响,而不一定能设计出理想的布局。不过,如同前述,除了作为电源外,还会对整个系统造成不良影响的可能性。此外,虽说是试作基板,但大幅修正和重新设计没什么两样,因此尽可能在最初就做到最好,有助于节省之后的时间和费用。

电源设计时,先决定大略的系统规格,有不少是在项目最后才开始设计,无论如何,都希望能确实设计出容易调整、操作便利的系统。

关键要点:

・开关电源设计时,基板布局会对电源性能和EMC造成非常大的影响。

・基本上会流过大电流的线尽量粗、尽量缩短、环路尽量缩小。

・控制信号线和噪声多的线分开配置,也不能经过变压器正下方。

PWM方式反激式转换器设计手法