开关电源布线要素
开关电源PCB排版基本要点
开关电源PCB排版基本要点1. PCB设计概述PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）是电子设备中一个重要的组成部分。
开关电源PCB的设计是为了实现电源电路的稳定和高效工作。
在设计PCB排版时，需要考虑各个元器件的布局和连线，以确保电路的性能和可靠性。
2. PCB尺寸和层数在进行开关电源PCB排版时，需要确定PCB的尺寸和层数。
PCB 的尺寸应根据电源模块和外部连接器的大小来确定，以确保元器件能够合理布局，并与其他电路板相连接。
而层数则取决于所需电路的复杂程度和PCB的可用空间。
通常，开关电源PCB可以采用2层或4层结构。
3. 元器件布局在进行元器件布局时，需要根据电路原理图的要求，将不同的元器件放置在合适的位置。
一般来说，输入和输出滤波电容应尽量靠近电源模块，以最大程度地减小电源线的电感影响。
开关元件和控制芯片应尽量靠近主要电源电路，以减小开关电压和控制信号的传输损耗。
同时，还要考虑元器件之间的间距和连线的方向，以便于布线和维修。
4. 连接线和走线规划在进行PCB排版时，合理的连接线和走线规划是非常重要的。
首先，要确保电源线和信号线之间有足够的间距，以减小互相的干扰。
其次，需要避免信号线和高电压线路的交叉，以避免干扰和短路的风险。
另外，要尽量缩短连接线的长度，以减小信号传输的延迟和损耗。
最后，要合理设置地线和电源线的走向，并确保它们之间的连通性，以避免地回路干扰和功率线路的损耗。
5. 确保供电和散热性能在进行开关电源PCB排版时，供电和散热性能是需要重点考虑的因素。
为了保证供电性能，应尽量减少电源线的电阻和电感，以提高功率传输效率。
此外，还要合理选择电源线的截面积和排线宽度，以满足电流要求。
对于散热性能，则需要合理设置散热器的位置和尺寸，以确保电源模块和其他高功率器件的稳定工作温度。
6. PCB层间布线和注释为了方便布线和维修，需要在PCB上添加层间布线和注释。
层间布线可以通过添加跳线、蓝线或插针来实现，以简化复杂电路的布线。
开关电源PCB设计流程及布线技巧
开关电源PCB设计流程及布线技巧在任何开关电源设计中，PCB板的物理设计都是最后一个环节，如果设计方法不当，PCB可能会辐射过多的电磁干扰，造成电源工作不稳定，以下针对各个步骤中所需注意的事项进行分析：一、从原理图到PCB的设计流程建立元件参数－》输入原理网表-》设计参数设置-》手工布局-》手工布线-》验证设计－》复查-》cam输出。
二、参数设置相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。
最小间距至少要能适合承受的电压，在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距，一般情况下将走线间距设为8mil。
焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。
当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。
如图：三、元器件布局实践证明，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产生不利影响。
例如，如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声；由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，因此，在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法。
每一个开关电源都有四个电流回路：（1）电源开关交流回路（2）输出整流交流回路（3）输入信号源电流回路（4）输出负载电流回路输入回路通过一个近似直流的电流对输入电容充电，滤波电容主要起到一个宽带储能作用；类似地，输出滤波电容也用来储存来自输出整流器的高频能量，同时消除输出负载回路的直流能量。
所以，输入和输出滤波电容的接线端十分重要，输入及输出电流回路应分别只从滤波电容的接线端连接到电源；如果在输入/输出回路和电源开关/整流回路之间的连接无法与电容的接线端直接相连，交流能量将由输入或输出滤波电容并辐射到环境中去。
电源开关交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形电流，这些电流中谐波成分很高，其频率远大于开关基频，峰值幅度可高达持续输入/输出直流电流幅度的5倍，过渡时间通常约为50ns。
开关电源的PCB布局布线设计
开关电源的PCB布局布线设计开关电源（SMPS，Switched-Mode Power Supply）是一种非常高效的电源变换器，其理论值更是接近100%，种类繁多。
按拓扑结构分，有Boost、Buck、Boost-Buck、Charge-pump等；按开关控制方式分，有PWM、PFM；按开关管类别分，有BJT、FET、IGBT等。
本次讨论以数据卡电源管理常用的PWM控制Buck、Boost型为主。
开关电源的主要部件包括：输入源、开关管、储能电感、控制电路、二极管、负载和输出电容。
目前绝大部分半导体厂商会将开关管、控制电路、二极管集成到一颗CMOS/Bipolar 工艺的电源管理IC中，极大简化了外部电路。
其中储能电感作为开关电源的一个关键器件，对电源性能的好坏有重要作用，同时也是产品设计工程师重点关注和调试的对象。
随着像手机、PMP、数据卡为代表的消费类电子设备的尺寸正朝着轻、薄、小巧、时尚的趋势发展，而这正与产品性能越强所要的更大容量、更大尺寸的电感和电容矛盾。
因此，如何在保证产品性能的前提下，减小开关电源电感的尺寸（所占据的PCB面积和高度）是本文要讨论的一个重要命题，设计者将不得不在电路性能和电感参数间进行折中（Tradeoff）。
任何事物都具有两面性，开关电源也不例外。
坏的PCB布局布线设计不但会降低开关电源的性能，更会强化EMC、EMI、地弹（grounding）等。
在对开关电源进行布局布线时应注意的问题和遵循的原则也是本文要讨论的另一重要命题。
一、开关电源占空比D、电感值L、效率η公式推导Buck型和Boost型开关电源具有不同的拓扑结构，本文将使用如图1-1、1-2所示的电路参考模型：参考电路模型默认电感的DCR（Direct Constant Resistance）为零。
Buck/Boost型开关电源，伴随开关管的开和关，储能电感的电流波形如图1-3所示：。
开关电源的PCB布线设计要点
开关电源的PCB布线设计要点1. 引言开关电源是广泛应用于各种电子设备中的一种电源类型，通过开关器件的开关操作实现输入电压到输出电压的变换。
在开关电源的设计过程中，PCB布线的合理设计非常重要，它直接影响着开关电源的性能和可靠性。
本文将介绍开关电源的PCB布线设计要点，帮助设计工程师充分了解开关电源布线设计的关键问题和技巧。
2. PCB布线设计概述PCB布线设计是指将电路连接到PCB上的过程。
开关电源的PCB 布线设计需要考虑以下几个方面：•信号完整性：保证信号传输的稳定性和准确性；•电磁兼容性：减少电磁干扰和提高抗干扰能力；•散热性能：确保开关电源的散热效果良好；•电流回流：合理安排电流回流路径，避免电流集中引起压降过大；•电源分布：优化电源分布，确保各部分电源供应稳定。
下面将从这几个方面详细说明开关电源的PCB布线设计要点。
3. 信号完整性在开关电源的PCB布线设计中，要注意以下几个方面以保证信号完整性：3.1 传输线长度和走向对于高速信号线，应尽量缩短传输线的长度，减少信号的传输延迟和功率损耗。
此外，还需要注意布线时信号线的走向，尽量避免信号线与干扰源的相交和平行布线。
3.2 地线和电源线布局合理布置地线和电源线可以有效降低地回路的电流噪声和电源噪声。
地线和电源线尽量平行布置，并使用大面积的跳线或地线分布可减少回流电流的影响。
3.3 地孔和绕线对于高频信号，应在信号线的连接位置加入地孔，以提高信号的接地效果。
对于较长的信号线，可采用绕线的方式来缩短信号路径，减小信号传输时延。
4. 电磁兼容性开关电源的PCB布线设计要考虑电磁兼容性，以减少电磁辐射和提高抗干扰能力。
4.1 地平面和分割在PCB布线设计中，应尽量保持完整的地平面，减少地回路的面积。
若需要隔离地面，可采用分割地面的方式，以提高电磁屏蔽的效果。
4.2 信号线走向和布线为降低电磁辐射和提高抗干扰能力，信号线尽量与干扰源的走向垂直布线。
开关电源印制板布线布局基本原则
电源地和 控制地 ， 也称之为功率地和信号地 。 功率地作为大 电
流 回路 的共同电位参 考点， 在 电路中起着非常 重要 的作用， 在
２ 印制板设计合理 的重要性
在设计 开关电源 印制板 时， 为了考虑质 量好、 造价低廉 ， 首
设计 印制板 时， 布线要足够宽 ， 必要 时， 要 覆铜 散热。 一般情况 下， 我们在 印制板布线设计时， 会将功率地和信号地特意分开，
单点接地 ， 即大 电流的开关功率地 要与小电流 的控制信号地分 别汇流后再接地 。
先考虑的是Ｐ Ｃ Ｂ 的尺寸 大小。 Ｐ ｃ Ｂ 尺寸过大时， 布线增长， 阻抗 增 大， 抗噪能力下降， 成本也随之增加； 但Ｐ ｃ Ｂ 尺寸过小， 则需要考
虑散热问题 ， 和邻近元器件 的干扰， 除此之外， 开关电源工作过
程 中的高频率也使其 电磁 干扰 问题存在 ， 所 以其 电磁兼容性，
是不 可忽略 的重 要考虑 内容。印制板布线布局 设计 是影响开关 电源性能的重要因素之一。
（ ４ ） 其他问题 。 Ｉ ｃ 的滤 波电容要就近放 置在Ｉ Ｃ 的Ｖ Ｃ Ｃ 与Ｇ Ｎ Ｄ 之
间； 次 级整流后第一级滤波 电容并联 放 置时， 两颗 电容 的引线 阻抗 尽可能保持一致 ， 这 样就 能保证两颗 电容平均分担纹波 电
４ 小结
印制板的布线布局设计直接关系着其 电源模 块的电磁兼容 性和 输出效率， 决定着开关 电源 的性 能指标， 在 实际生产 中应 严格 按照其 布线 布局 的基本原则 ， 同时， 还要在 工作 中不断积 累相关经验 ， 并做 出改进 ， 做 到元器件 摆放合 理、 互相之 间影 响最 小， 线 路布局合 适 ， 才能保证做 出符 合标准 的高性能开 关
开关电源的PCB布线要求
开关电源的PCB布线要求开关电源是一种常见的电源之一。
在集成电路的建设中，PCB布线设计是非常重要的，因为合理的PCB布线设计可以大大提高电路的稳定性和可靠性。
特别是在开关电源中，良好的PCB布线设计可以保证电源的性能表现。
因此，本文将介绍开关电源的PCB布线要求。
1. 开关电源PCB布线的基本原则布线设计应遵循以下原则：最短距离布线、线路走向自然、防止串信和互相干扰、保证信号传输质量、减少交叉、噪声与干扰。
开关电源的PCB布线应遵循其工作原理和特征。
因此，布线应考虑以下几个方面：（1）控制单元和功率单元之间的布线开关电源中，控制单元和功率单元之间的布线最好采用双面铜箔。
两面分别贴附于不同的电路板侧面，通过足够的接地区域将控制单元与功率单元连接起来。
此外，控制单元和功率单元之间的布线应避免走近其他信号线，以减少干扰和噪声。
（2）开关管的布局在开关电源的设计中，布置开关管时，应考虑其焊盘的布局，避免电容器等元器件太近，导致开关管与其他元器件之间出现串扰和互相干扰的情况。
同时，开关管布线的电感应该保持足够小，以减少噪声的产生。
（3）输入输出滤波在开关电源中，输入和输出滤波电容应布置在尽可能近的地方，以便缩短电流路径，减小共模噪声，提高抗干扰性。
2. 开关电源PCB布线的具体实现（1）输出过滤电路的布置在开关电源中，输出过滤电容（Cout）、输出电感（LOut）和输出短路电菩（Rout）等元件构成的过滤电路主要是为了抵抗输出端的高频噪声，因此应尽可能在开关管的输出端背面布置上述元件，并较短距离地接线连接一起。
为进一步减小信号在跑动过程中的干扰，如条件允许可以考虑在输出位置借助Lcl滤波来过滤掉高频扰动。
（2）高频降噪电阻的布置在高频降噪电阻（RF）的布置中，为了规避开关管；管贞周围存在的两对互相耦合的集成电路阻抗，对RF电阻的参考铺方式有两种形式，具体布置如下。
（3）控制电路的布置控制电路包括开关电源脉宽调制芯片、反馈电路、保险丝、脉冲变压器等基本单元，其布置和连线应符合以下要求：a. 脉宽调制控制芯片应该在布局与连接两方面得到考虑，控制芯片两侧的布局以及自身内部元器件布局一定要工整、规整、紧凑，以避免噪声的干扰和影响；b. 比较器反馈电路应布置在控制芯片上，以尽可能减少反馈信号跑动的距离和串扰的影响；c. 连接在主电路和控制电路间的脉冲变压器电路应该收紧磁感线，保证高频信号附着到比较器变化的上升沿或下降沿。
开关电源如何布线
开关电源如何布线首先从开关电源的设计及生产工艺开始描述吧，先说说印制板的设计。
开关电源工作在高频率，高脉冲状态，属于模拟电路中的一个比较特殊种类。
布板时须遵循高频电路布线原则。
1、布局：脉冲电压连线尽可能短，其中输入开关管到变压器连线，输出变压器到整流管连接线。
脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。
输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变压器电路中X电容要尽量接近开关电源输入端，输入线应避免与其他电路平行，应避开。
Y电容应放置在机壳接地端子或FG连接端。
共摸电感应与变压器保持一定距离，以避免磁偶合。
如不好处理可在共摸电感与变压器间加一屏蔽，以上几项对开关电源的EMC性能影响较大。
输出电容一般可采用两只一只靠近整流管另一只应靠近输出端子，可影响电源输出纹波指标，两只小容量电容并联效果应优于用一只大容量电容。
发热器件要和电解电容保持一定距离，以延长整机寿命，电解电容是开关电源寿命的瓶劲，如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离，电解之间也须留出散热空间，条件允许可将其放置在进风口。
控制部分要注意：高阻抗弱信号电路连线要尽量短如取样反馈环路，在处理时要尽量避免其受干扰、电流取样信号电路，特别是电流控制型电路，处理不好易出现一些想不到的意外，其中有一些技巧，现以3843电路举例见图（1）图一效果要好于图二，图二在满载时用示波器观测电流波形上明显叠加尖刺，由于干扰限流点比设计值偏低，图一则没有这种现象、还有开关管驱动信号电路，开关管驱动电阻要靠近开关管，可提高开关管工作可靠性，这和功率 MOSFET高直流阻抗电压驱动特性有关。
下面谈一谈印制板布线的一些原则。
线间距：随着印制线路板制造工艺的不断完善和提高，一般加工厂制造出线间距等于甚至小于0.1mm已经不存在什么问题，完全能够满足大多数应用场合。
考虑到开关电源所采用的元器件及生产工艺，一般双面板最小线间距设为0.3mm，单面板最小线间距设为0.5mm，焊盘与焊盘、焊盘与过孔或过孔与过孔，最小间距设为0.5mm，可避免在焊接操作过程中出现“桥接”现象。
开关电源PCB布局指南
开关电源PCB布局指南开关电源是一种常见的电源供应器件，可将输入电压转换为所需的输出电压，广泛应用于各种电子设备中。
为了确保开关电源的正常运行和安全性，合理的PCB布局设计是非常重要的。
下面是一些开关电源PCB布局的指南。
1.分离高频和低频部分开关电源由高频和低频电路组成，应将它们分离开来以避免互相干扰。
将高频部分放在一块区域，并采取适当的隔离措施，例如增加地平面间距和降噪电容。
2.确保良好的地面平面地面平面是开关电源PCB布局的关键之一、地面平面应尽可能大，并尽量避免断裂和断层，以提供稳定的地面引用。
在地面平面上加入一些分隔岛来隔离高频和低频部分。
3.确保短而粗的电流路径为了减少损耗和EMI干扰，应尽量缩短电流路径。
合理优化布局，使输入和输出的电流路径尽量短。
同时，应采用足够宽的供电和接地线，以降低电阻和电感。
4.高频组件的布局高频组件包括开关管、变压器和滤波电容器等。
这些组件之间应尽量缩短距离，以降低电感和串扰。
变压器应放置在开关管附近，并与开关管垂直放置，以减少磁耦合和电感。
5.散热片和散热孔的布局开关电源的工作过程中会产生较大的热量，因此必须确保良好的散热能力。
散热片应尽量与功率器件接触紧密，并通过散热孔将热量导出。
散热片和散热孔的布局要合理，以确保均匀散热和良好的风流。
6.调试界面和滤波器为了便于调试和测量，应在PCB上设置相应的调试接口。
此外，为了减少EMI干扰，应在输入和输出端口附近添加合适的滤波器，以滤除高频噪声。
7.引脚位置和距离组件的引脚位置和距离对于开关电源的性能和可靠性至关重要。
引脚之间应尽量保持足够的距离，以避免串扰和短路。
同时，引脚的布局也应考虑到易于焊接和布线的因素。
8.信号和功率的分离为了避免信号和功率互相干扰，应尽量将它们分离开来。
信号线和电源线应尽量平行布置，但不要交叉或靠得太近。
此外，还可以在它们之间添加隔离层或屏蔽层，并使用差分传输线来减少干扰。
以上是关于开关电源PCB布局的一些指南。
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C O R E
Y-Cap Stirs current into Source to avoid leakage into GND
7
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EMI and PCB Layout Tips (Common-Mode Noise Reduction)
11
Confidential and Proprietary Copyright 2007
EMI and PCB Layout Tips (Primary and Snubber Loops)
Large drain copper area
`
Incorrect
12 Confidential and Proprietary Copyright 2007
5
Confidential and Proprietary Copyright 2007
EMI and PCB Layout Tips (Common-Mode Noise Reduction)
Shield the drain with copper planes and connect to to source to reduce the drain coupling to GND
23MHz ringing
Output rectifier voltage
Drain voltage
19
Confidential and Proprietary Copyright 2007
EMI and PCB Layout Tips (Output Diode Snubber)
No ringing
EMI and PCB Layout Tips (Y-Cap Connection and Bypass Capacitor)
Add 10 nF cap to reduce loop further
Before
After
Connect Y cap directly to transformer pin
Noise Current will bypass the filter components
`
`
Incorrect
Correct
17
Confidential and Proprietary Copyright 2007
EMI and PCB Layout Tips (Capacitor Traces)
EMI and PCB Layout Tips (Flyback Power Supply Topology)
● Key EMI Sources
– High di/dt current waveforms in the primary and secondary loops – High dv/dt voltage waveforms from switching transistor – Quick charging and discharging of parasitic capacitances in the transformer windings – Coupling between transistor and heatsink – Noise generated from diodes
EMI and PCB Layout Tips (Secondary Side Loops)
Keep Output diode loop very small Keep snubber outside to make loop small Use adjacent pins on transformer
15
Confidential and Proprietary Copyright 2007
EMI and PCB Layout Tips (Capacitor Traces)
16
Confidential and Proprietary Copyright 2007
EMI and PCB Layout Tips (Capacitor Traces)
+
D C S
L
CONTROL
C
U
R D
4
5
4
5
பைடு நூலகம்
C
X
F
TOPSwitch
Add by-pass cap if necessary to further shrink loop area
Keep Parts Close No Parts Inside Loops Keep Parts Close No Parts Inside Loops
EMI and PCB Layout Tips (Overview)
EMI and PCB Layout Tips
1
Confidential and Proprietary Copyright 2007
EMI and PCB Layout Tips (Flyback Power Supply Topology)
Noise Current will bypass the filter components
`
`
Incorrect
Correct
18
Confidential and Proprietary Copyright 2007
EMI and PCB Layout Tips (Output Diode Ringing)
Transformer noise Use a Y-cap or increase Y-cap size Use transformer E-shield or copper shield
Usually Caused by Output Diode Ringing. Add snubber to output diode Add bead to output diode (power dissipative) Add drain snubber
Common-Mode Choke
Common-Mode Choke
GND
Inductor in GND path reduces common-mode noise flow Needs to pass UL safety requirements
8
Confidential and Proprietary Copyright 2007
C2
1 2 3 4 5 6 12 11 10 9 8 7 D4 MBR1645
C2
1 2 3 4 12 11 10 9 8 7 47 680 pF 100 V D4 MBR1645
C9
2200 uF 10 V
5 6
C9
2200 uF 10 V
R5
C8
T1
EER28L
T1
EER28L
21
Confidential and Proprietary Copyright 2007
10
Confidential and Proprietary Copyright 2007
EMI and PCB Layout Tips (Flyback Critical Loops)
Primary Loop
T1
Snubber Loop
Secondary Loop
1
8
4
5
R
C
1
T1
8
1
T1
8
D
+
● Propagation of Noise
– Conduction thru mains lines – Electromagnetic Radiation – Inductive Coupling – Capacitive Coupling
4
Confidential and Proprietary Copyright 2007
Heatsink
N
Heatsink
Common-Mode Noise
GND
2
Confidential and Proprietary Copyright 2007
EMI and PCB Layout Tips (Flyback Power Supply Topology)
3
Confidential and Proprietary Copyright 2007
EMI and PCB Layout Tips (Common-Mode Noise Reduction)
Reduce loop size Reduce current amplitude Reduce di/dt speed Add snubbers to reduce dv/dt speed
Add electrostatic screen to heatsink assembly Or, connect heatisnk to source PI parts do not require this measure because the tab is connected to the source
Quiet Noisy Quiet Noisy
Quiet
• Quiet nodes are low impedance nodes which generally see little switching activity. Potential on these nodes is relatively constant over the switching period
9
Confidential and Proprietary Copyright 2007
EMI and PCB Layout Tips (What are “Noisy” and “Quiet” Nodes?)