开关电源PCB设计方案
开关电源的PCB设计
开关电源的PCB设计一、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。
方法/步骤1.印制板铜皮走线的一些事项：走线电流密度：现在多数电子线路采用绝缘板缚铜构成。
常用线路板铜皮厚度为35μm，走线可按照1A/mm经验值取电流密度值，具体计算可参见教科书。
为保证走线机械强度原则线宽应大于或等于0.3mm（其他非电源线路板可能最小线宽会小一些）。
铜皮厚度为70μm 线路板也常见于开关电源，那么电流密度可更高些。
补充一点，现常用线路板设计工具软件一般都有设计规范项，如线宽、线间距，旱盘过孔尺寸等参数都可以进行设定。
开关电源PCB设计要求
开关电源PCB设计要求一、采用平等走线可以减少导线电感，但导线之间的互感和分布电容增加，如果布局允许，最好采用井字形网状布线结构，具体做法是印制板的一面横向布线，另一面纵向布线，然后在交叉孔处用金属化孔相连。
为了抑制印制板导线之间的串扰，在设计布线时应尽量避免长距离的平等走线，尽可能拉开线与线之间的距离，信号线与地线及电源线尽可能不交叉。
尽量避免大电流高电压布线与测量线、控制线的并行布线。
在一些对干扰十分敏感的信号线之间设置一根接地的印制线，可以有效地抑制串扰。
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。
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。
大功率的器件最好能比较规整地布局，便于散热器的安装及散热风道的设计。
在大电流高电压的布线连接中，尽量避免用导线在空间中长距离连接，它导致的干扰是很难处理的。
交流输入与直流输出要有较明确的布局区分，最佳办法是能够互相隔离。
控制电路与主功率电路要有较明确的布局区分。
输入端与输出端（包括DC/DC变换初级与次级）布线距离最少要在5毫米以上。
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。
设计开关电源如何布局PCB
设计开关电源如何布局PCB在开关电源设计中，PCB设计是非常关键的一步，它对电源的性能，EMC要求，可靠性，可生产性都影响很大。
随着电子技术的发展，开关电源的体积越来越小，工作频率也越来越高，内部器件的密集度也越来越高，这在开关电源规划中，PCB规划是十分要害的一步，它对电源的功用，EMC要求，可靠性，可出产性都影响很大。
跟着电子技术的开展，开关电源的体积越来越小，作业频率也越来越高，内部器材的密布度也越来越高，这对PCB布局布线的抗搅扰要求也越来越严，合理的，科学的PCB规划会让你的作业事半功倍。
1、布局要求PCB布局是比较考究的，不是说随意放上去，挤得下就完事的。
一般PCB布局要遵从几点：(1)布局的首要准则是保证布线的布通率，移动器材时留意飞线的衔接，把有连线联系的器材放在一同。
(2)以每个功用电路的中心元件为中心，环绕它来进行布局。
元器材应均匀、规整、紧凑地摆放在PCB电路板上，这样，不光漂亮，并且装焊简单，易于批量出产。
尽量削减和缩短各元器材之间的引线和衔接;振荡电路，滤波去耦电容要紧接近IC，地线要短，如图1所示。
图1(3)放置器材时要考虑今后的焊接和修理，两个高度高的元件之间尽量防止放置低矮的元件，如图2所示，这样不利于出产和保护，元件之间最好也不要太密布，可是跟着电子技术的开展，现在的开关电源越来越趋于小型化和紧凑化，所以就需求平衡好两者之间的度了，既要便利焊装与保护又要统筹紧凑。
还有便是要考虑实践的贴片加工才能，依照IPC-A-610E的规范，考虑元件旁边面偏移的精度，否则简单形成元件之间连锡，乃至因为元件偏移形成元件间隔不行。
图2(4)光电耦合器材和电流采样电路，简单被搅扰，应远离强电场、强磁场器材，如大电流走线、变压器、高电位脉动器材等。
(5)元件布局的时分，要优先考虑高频脉冲电流和大电流的环路面积，尽可能地减小,以按捺开关电源的辐射搅扰。
如图3所示的几个电流环路是需求特别留意的。
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：。
开关电源的印制电路板设计
（15）对于印制电路板上重量超过15g的元器件，不能 仅仅依靠元器件本身的引线进行安表，而建议采用支架来 固定。对于那些又大、又重、发热又多的元器件，不宜放 在印制电路板的中心部分，而应当加装散热器，并把它排 布在印制电路板的外侧方向，必要时还可以通过开关电源 的外壳来帮助散热。
（16）在排布双面印制电路板时，元器件面上应当尽可能 少安排印制导线。元器件的外壳，尤其是元器件接地的外壳， 要避免因与印制导线相碰而造成短路。元器件的安装不能太 低，同时还要尽可能避免印制导线在接地外壳的元器件下面 通过。当然对于开关电源中采用 TOPSwitch 里的一类双列直 插和表面安装形式的器件，可以在器件下有意识地布一块面 积稍大的覆铜区，让器件紧贴在该覆铜区上以帮助散热。
表7.1是印制导线的电压降。
2、覆铜箔板的绝缘电阻和抗电强度
表7.2覆铜箔板的绝缘电阻
表7.3覆铜箔板的抗电强度
7.2.3 印制电路板的元器件安装方法
印制电路板上的元器件安装主要有两种方法：一种是传 统的插入法安装；另一种方法是表面贴装（或部分采用表 面贴装，部分仍采用插入安装）。这种安装方法有如下优 点：
7.4印制电路板的地线问题
图7.1中的电路 1 和电路 2 通过公用地线段 AB 与电源形成回路。从电 路分析的角度看，线段 AB 的本身可以等效成一个电阻和一个电感的 串联，因此它有一定的阻抗。由于电路 1 和电路 2 的全部电流都从线 段 AB 中通过，因此就形成了公共阻抗。在工作时，任何电路 1 和电 路 2 的电流变化都将引起 A 点电位的变化，使得电路 1 和电路 2 之间 产生相互干扰。如果电路 2 的输出引到电路 3 的输入端，则干扰还将 窜入电路 3 中。这就是由地线引起的公共阻抗的干扰。
开关电源制作设计(电路原理图+PCB)
一、工作原理我们先熟悉一款开关电源的工作原理，该电源可输出5V电压，如图1所示。
1. 抗干扰电路在电网输入端首先设置一个NTC5D-9负温度系数热敏电阻，作用是保护后面的整流桥，刚开机时热敏电阻处于冷态，阻值比较大，可以限制输入电流，正常工作时，电阻比较小。
这样对开机时的浪涌电流起到有效的缓冲作用。
电容CY1、CY2、CY3、CY4用以滤除从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的不对称杂散信号，电容CX1、CX2用以滤除从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的对称杂散信号，用电感L1抑制从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的频率相同、相位相反的杂散干扰电流信号。
采用高频特性好的瓷片电容和铁芯电感，实现开关稳压电源电路中的高频辐射不污染工频电网和工频电网上的杂散电磁波不会窜入开关稳压电源电路中而干扰和影响其工作，对高频分量或工频的谐波分量具有急剧阻止通过功能，而对于几百赫兹以下的低频分量近似一条短路线。
图1 开关电源的工作原理图2. 整流滤波电路在电路中D1、D2、D3、D4组成全桥整流电路，把输入的交流电压进行全波整流，然后用C1进行滤波，最后变成直流输出供电电压，为后级的功率变换器供电，整流滤波后的电压约为300V。
3. UC3842供电与振荡300V的脉动直流电压，此电压经R12降压后给C4充电，供电UC3842的7脚，当C4的电压达到UC3842的启动电压门槛值时，UC3842开始工作并提供驱动脉冲，由6脚输出推动开关管工作。
一旦开关管工作，反馈绕组的能量经过D6整流，C4滤波，又供电到UC3842的7脚，这时可以不需要R12的启动了。
C9、R11接UC3842的定时端，和内部电路构成振荡电路，振荡的工作频率计算为：f=1.8/（Rt*Ct）代入数据可计算工作频率：f=68.18K4. 稳压电路该电路主要由精密稳压源T L 4 3 1 和线性光耦P C 8 1 7 组成，假设输出电压↑→经过R 1 6 、R 1 9 、R20、RES3的取样电压↑→TL431的1脚电压↑，当该脚电压大于TL431的基准电压2.5V时，TL431的2、3脚导通，→通过光电耦合到UC3842的2脚，于是UC3842的6脚驱动脉冲的占空比↓→开关变压器T1绕组上的能量↓→输出电压↓，达到稳压作用；反之，假设输出电压下降，则稳压过程与上相反。
ATX开关电源PCB设计
湖南工程学院电子实习课题名称PCB制板与工艺设计专业班级姓名学号指导教师2011年 5 月16 日湖南工程学院电子实习任务书课题名称PCB制板与工艺设计专业班级自动化学生姓名学号指导老师审批任务书下达日期 2011 年 5月 16 日任务完成日期2011年5月 21 日设计内容与设计要求设计内容：对给定的电路（按学号进行分配），使用Protel软件，进行电路图绘制，进行PCB制版设计，设计为双面板，板子大小合适，进行合理的规则设置，PCB板子的元器件布局、布线合理，要求补泪滴、铺铜，电源线与地线不小于20mil，要求按工业化标准设计，并进行必要的合理的抗干扰处理。
设计要求：1）初步分析电路图，按16纸张大小，绘制电路图，若超出16K，则分页绘制。
2）查阅元器件参数与封装，没有的封装要求自建封装库。
3）进行ERC规则检查，生成正确的网络表（不打印）；4）按工业化标准进行PCB制板与工艺设计（参数设置，规则设置，板子大小确定，布局，布线，补泪滴，铺铜，抗干扰处理等）。
5）生成的报表有（网络表，板子信息表，材料清单表，数控钻孔文件，元件拾放文件）；6）写说明书（以图为主，文字为辅）7) 必须打印的文档为：①原理图②材料清单③顶层④底层⑤各层叠印（各层重叠一起打印）⑥丝印层⑦3D效果图。
其他的表单或PCB图层只生成，不打印。
8）提高说明书及电子文档主要设计条件1.现代电子设计实验室（EDA）；2.Protel软件。
3.任务电路图；4.设计书籍与电子资料若干。
5.示范成品PCB样板若干，示范电子成品若干。
说明书格式目录第1章电路图绘制第2章元器件参数对应封装选择及说明（有适当文字说明）第3章 ERC与网络表（有适当文字说明，网络表不需打印）第4章 PCB制板与工艺设计（有适当文字说明）第5章各种报表的生成第6章 PCB各层面输出与打印第7章总结参考文献进度安排设计时间为一周第一周星期一、布置课题任务，课题介绍及讲课。
开关电源及其PCB电磁兼容性设计
开关电源及其PCB电磁兼容性设计CAD事业部雷勇锋[摘要]：本文通过对开关电源的概念、结构图、工作原理、电路设计、PCB电磁兼容性的论述以及对典型开关电源的分析，阐述了开关电源的PCB电磁兼容性设计要点。
[关键词]：PWM、DC/DC变换、功率因数一．前言任何电子设备都离不开可靠的电源，电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。
传统的线性稳压电源虽然具有稳定性好、输出纹波电压小、使用可靠等优点；但由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整功率较大，电源效率很低，一般只有45％左右，而且具有滤波器和散热器的体积都比较大，不符电子设备小型化的要求。
开关型稳压电源采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压，具有功耗小、效率高70％～95％、高可靠性等特点；但由于开关电源引入了高频分量，所以最大的缺点是噪声大，这就需要EDA设计人员从EMC设计的角度考虑开关电源的设计，降低其噪声，达到开关电源的最大功效。
二．概述1. 开关电源的基本构成开关电源的基本构成如图一所示，其中DC\DC变换器用以进行功率转换，它是开关电源的核心部分，此外还有启动、过流与过压保护、噪声滤波等电路。
输出采样电路（R1、R2）检测输出电压的变化，并与基准电压Ur比较，误差电压经过放大及脉宽调制(PWM)电路，再经过驱动电路控制功率器件的占空比，从而达到调整输出电压大小的目的。
图一：开关电源的基本构成2. PWM开关电源的工作原理PWM开关稳压或稳流电源的基本工作原理就是在输入电压、内部参数及外接负载变化的情况下，控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件的导通脉冲宽度，使得开关电源的输出电压或电流等被控制信号稳定。
PWM的开关频率一般为恒定值，控制取样信号有输出电压、输入电压、输出电流、输出电感电压及开关器件峰值电流。
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元器件布局应主意的事项
❖ 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。
开关电源的PCB布线
❖ 布线开关电源中包含有高频信号，PCB上任何印制线都可 以起到天线的作用，印制线的长度和宽度会影响其阻抗和 感抗，从而影响频率响应。即使是通过直流信号的印制线 也会从邻近的印制线耦合到射频信号并造成电路问题(甚至 再次辐射出干扰信号)。因此应将所有通过交流电流的印制 线设计得尽可能短而宽，这意味着必须将所有连接到印制 线和连接到其他电源线的元器件放置得很近。印制线的长 度与其表现出的电感量和阻抗成正比，而宽度则与印制线 的电感量和阻抗成反比。长度反映出印制线响应的波长， 长度越长，印制线能发送和接收电磁波的频率越低，它就 能辐射出更多的射频能量。根据印制线路板电流的大小， 尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。 同时、使电源线、 地线的走向和电流的方向一致，这样有助于增强抗噪声能 力。接地是开关电源四个电流回路的底层支路，作为电路 的公共参考点起着很重要的作用，它是控制干扰的重要方 法。因此，在布局中应仔细考虑接地线的放置，将各种接
在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的 分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行 排列。这样，不但美观，而且装焊容易，易 于批量生产。按照电路的流程安排各个功能 电路单元的位置，使布局便于信号流通，并 使信号尽可能保持一致的方向。
。
❖ 布局的首要原则是保证布线的布通率，移动 器件时注意飞线的连接，把有连线关系的器 件放在一起。尽可能地减小环路面积,以抑制 开关电源的辐射干扰
❖ 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。这两个回路 最容易产生电磁干扰，因此必须在电源中其它印制 线布线之前先布好这些交流回路，每个回路的三种 主要的元件滤波电容、电源开关或整流器、电感或 变压器应彼此相邻地进行放置，调整元件位置使它 们之间的电流路径尽可能短。
在地线设计中应注意以下几点
❖ 布线开关电源中包含有高频信号，PCB上任何印 制线都可以起到天线的作用，印制线的长度和宽度 会影响其阻抗和感抗，从而影响频率响应。即使是 通过直流信号的印制线也会从邻近的印制线耦合到 射频信号并造成电路问题(甚至再次辐射出干扰信 号)。
开关电源都的四个电流回路
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。
开关电源四个电流回路
❖ 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。
开关电源PCB设计的重要性
❖ 设计高频开关稳压电源供应器时，线路布局是相当 重要的一环。好的线路布局可以解决许多电源供应 器的问题；设计不够周到的线路布局会产生各式各 样的问题。这种问题尤其容易在高电流操作的环境 下产生，而当输入/输出电压之间出现较大差异时， 这些问题会变得更明显。经常出现的问题包括：高 输出电流及/或较大的输入/输出电压差操作时出现 电压不稳现象、输出、开关波形出现过多噪音、电 磁干扰以及操作不稳定等现象。
首先要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时， 印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也 增加；过小则散热不好，且邻近线条易受干扰。电 路板的最佳形状矩形，长宽比为3：2或4：3，位于 电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于 2mm。
放置器件时要考虑以后的焊接，不要太密集。
以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它 来进行布局。元器件应均匀、 整齐、紧凑地 排列在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之 间的引线和连接, 去耦电容尽量靠近器件的 VCC。
开关电源的PCB设计的流程
❖ 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。
参数设置
❖ 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。
开关电源的PCB设计规范
常用的PCB绘图软件
❖ PCB软件各有千秋。如果是从事专业PCB设 计，有必要学习一个比较好的工具，如果只 是一般开发工作的使用，protell，powerpcb （后来的PADS2005）都够用了。 POWERPCB绘制PCB好像比protell强些。 POWERPCB的界面没有protell友好，习惯了 也无所谓了。先用上一款再说，再换别的工 具也容易些。有的工具是原理图方便，但 PCB可能又逊色一点。仁者仁见，。。。
最佳设计流程
❖ 建立开关电源布局的最好方法与其电气设 计相似，最佳设计流程如下：
1）放置变压器； 2）设计电源开关电流回路； 3）设计输出整流器电流回路 4）连接到交流电源电路的控制电路； 5）设计输入电流源回路和输入滤波路的全部元器件进行布局时，要符合以下 原则：