PCB部落格 - 佈局與PCB板開關電源的關係

由於開關電源的開關特性，很容易使開關電源產生很大的電磁相容性干擾。 作為一名電源工程師、電磁相容工程師或PCB板佈局工程師，您必須瞭解電磁相容問題的原因並採取措施，特別是佈局工程師，需要瞭解如何避免髒點的擴展，本文主要介紹電源PCB板設計的要點。29佈局和PCB板之間的基本關係1。 幾個基本原理：任何電線都有阻抗； 電流總是自動選擇阻抗路徑； 輻射强度與電流、頻率和環路面積有關； 共模干擾與大dv/dt訊號對地的互電容有關； 降低電磁干擾和增强抗干擾能力的原理是相似的。 佈局應根據電源、類比、高速數位和每個功能塊進行劃分。 儘量减小大di/dt環路的面積，並减小大dv/dt訊號線的長度（或面積、寬度）。 跡線面積的新增將新增分佈電容。 一般的做法是：痕迹的寬度儘量大，但要去掉多餘的部分），儘量走直線，减少其隱藏的封閉區域，减少輻射。 電感串擾主要是由較大的di/dt環路（環形天線）引起的，感應强度與互感成正比，囙此更重要的是减少與這些訊號的互感（主要管道是减少環路面積和新增距離）； 性串擾主要由大dv/dt訊號產生，感應强度與互電容成正比。 所有降低這些訊號的互電容（主要管道是减小有效耦合面積並新增距離。互電容隨著距離的新增而减小。更快）更為關鍵。 盡可能採用環路對消原理進行路由，進一步减少大di/dt環路的面積（類似於雙絞線，利用環路對消原則提高抗干擾能力，新增傳輸距離）。

6.减小回路面積不僅可以减少輻射，還可以降低回路電感，使電路效能更好。 减小環路面積要求我們設計每條跡線的返回路徑。 當多個PCB板通過連接器連接時，還需要考慮使環路面積達到，特別是對於大di/dt訊號、高頻訊號或敏感訊號。 訊號線對應於地線，兩根線盡可能靠近。 如有必要，可以使用雙絞線進行連接（每條雙絞線的長度對應於雜訊半波長的整數倍）。 如果你打開電腦主機殼，你可以看到從主機板到前面板的USB介面是用雙絞線連接的。 可以看出，雙絞線連接對於抗干擾和减少輻射非常重要。 對於數據電纜，儘量在電纜中佈置更多的地線，並使這些地線在電纜中均勻分佈，這樣可以有效地减少回路面積。 雖然一些板間連接線是低頻訊號，但由於這些低頻訊號包含大量高頻雜訊（通過傳導和輻射），如果處理不當，很容易輻射這些雜訊。 佈線時，首先考慮高電流跡線和容易輻射的跡線。 開關電源通常有4個電流回路：輸入、輸出、開關和續流。 其中，輸入和輸出電流回路幾乎都是直流電，幾乎不會產生電磁干擾，但很容易受到干擾； 開關和續流電流回路具有較大的di/dt，需要注意。 mos（igbt）管的柵極驅動電路通常也包含一個大的di/dt.14。 不要將控制和類比電路等小訊號電路放置在大電流、高頻和高壓電路內，以避免干擾。 减小易感（敏感）訊號環路面積和跡線長度，以减少干擾。 小訊號跡線遠離大dv/dt訊號線（如開關管的C極或D極、緩衝器（緩衝器）和箝比特網絡）以减少耦合，而接地（或電源，簡而言之，通常是電位訊號）則進一步减少耦合，並且接地應與接地平面良好接觸。 同時，小訊號跡線應盡可能遠離大di/dt訊號線，以防止電感串擾。 不要在大dv/dt訊號下跟踪小訊號。 如果小訊號跡線的背面可以接地（相同的接地），則耦合到它的雜訊訊號也可以减少。 更好的方法是在這些大的dv/dt和di/dt訊號跡線（包括開關器件的C/D極和開關管散熱器）周圍和背面鋪設接地，並使用上層和下層進行接地。 連接通孔，並將該接地連接到具有低阻抗跡線的公共接地點（通常是開關管的E/S極或採樣電阻器）。 這可以减少輻射電磁干擾。 需要注意的是，小訊號地線不得連接到該遮罩地線，否則會引入更大的干擾。 大的dv/dt跡線通常通過互電容將干擾耦合到輻射器和附近的地面。 將開關管散熱器連接到遮罩接地。 使用表面貼裝開關器件也將减少互電容，從而减少耦合。18。 不要將通孔用於容易發生干擾的跡線，因為它會干擾通孔穿過的所有層。19。 遮罩可以减少輻射電磁干擾，但由於對地電容的新增，傳導電磁干擾（共模或外部差模）會新增，但只要遮罩層正確接地，就不會新增太多。 在實際設計中可以對其進行權衡和考慮。 為防止共同阻抗干擾，請使用單點接地和單點電源。

21.開關電源通常有三個接地：輸入電源大電流接地、輸出電源高電流接地和小訊號控制接地。 接地管道如下圖所示：22。 接地時，應首先判斷接地的性質，然後進行連接。 採樣和誤差放大的接地通常應連接到輸出電容器的負極。 採樣訊號通常應從輸出電容器的正極取出。 常見阻抗干擾。 通常IC的控制地和驅動地不單獨引出。 此時，採樣電阻器對地的引線阻抗必須盡可能小，以减少公共阻抗干擾，提高電流採樣的精度。23輸出電壓採樣網絡靠近誤差放大器，而不是輸出。 這是因為低阻抗訊號比高阻抗訊號更不容易受到干擾。 採樣軌跡應盡可能靠近，以减少拾取的雜訊。24。 注意電感的佈局要遠離並相互垂直，以减少互感，特別是儲能電感和濾波電感。 當高頻電容器和低頻電容器並聯使用時，注意佈局，高頻電容器靠近用戶。26。 低頻干擾通常是差模（低於1M），高頻干擾通常是共模，通常通過輻射耦合。 如果高頻訊號耦合到輸入引線，則容易形成EMI（共模）。 您可以在靠近電源的輸入引線上放置一個磁環。 如果電磁干擾降低，則表明存在此問題。 解决這個問題的辦法是减少耦合或减少電路的EMI。 如果高頻雜訊沒有被過濾乾淨並傳導到輸入引線，也會形成EMI（差模）。 此時，磁環無法解决問題。 在輸入引線靠近電源的地方串兩個高頻電感器（對稱）。 减少表明存在此問題。 解决這個問題的方法是改進濾波，或通過緩衝、箝比特和其他手段减少高頻雜訊的產生。 差模和共模電流的量測。 EMI濾波器應盡可能靠近進線，進線的佈線應盡可能短，以儘量減少EMI濾波器前後級之間的耦合。 進線用主機殼接地遮罩（方法如上所述）。 輸出EMI濾波器也應進行類似處理。 儘量新增進線與高dv/dt訊號跡線之間的距離，這在PCB板佈局中應該考慮。