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    開關電源PCB的底線設計

    作者:PCB    來源:未知    發布時間:2019-06-11 10:36    瀏覽量:
    開關電源既是一個有高頻、大電流的開關電路(如開關晶體管和高頻變壓器等),又是一個有小電流的測量和控制電路,電路之間的聯系是錯綜復雜的。
    設計PCB時,需要從電路出發,分清大、小電流之間的關系,測量、控制與驅動電路之間的關系,處理好地線的布局。在開關電源的PCB設計中,地線的設計十分重要。這是因為在開關電源的開關晶體管導通和截止瞬間,電壓和電流劇烈變化,又由于地線公共阻抗的存在,劇烈變化的電壓和電流會在地線上產生嚴重的干擾。 在地線的布局中,僅僅停留在“直流同電位”概念上是不行的,需要考慮電路的動態過程,注意地線中的電流及其流向。通過電流的流向,可以分析出地線的布局合理與否,并判斷出是否存在干擾。

    地線布局的合理性判斷可以用下面兩個條件來衡量。

    ① 地線中的電流是否流過了與此電流無關的其他電路、部位和導線。
    ② 有沒有其他部位和電路中的電流流入了本部分電路的地線。 電路1和電路2通過公用地線段AB與電源形成回路。從前面的分析可以知道,線段AB可以等效成一個電阻和一個電感的串聯,具有一定的阻抗。由于電路1和電路2的全部電流都從線段AB中通過,所以線段AB成為公共阻抗。當整個電路工作時,電路1或電路2的電流變化都將引起A點的電位變化,對電路1和電路2的工作狀態產生影響,形成公共阻抗干擾。

          地線的公共阻抗干擾 在開關電源的PCB設計中,開關電源的工作頻率通常只有幾十至幾百千赫茲,使用單點接地已經可以滿足要求。采用單點接地方式還可以使噪聲源與敏感電路分離開來。

    一個開關電源逆變電路部分地線的

    (1)為了獲得較好的電磁兼容性能,減少工頻整流的紋波對SG6840電路工作的影響,橋式整流電路的輸出首先應該接到電容器C2上,然后再與逆變電路相連。
    (2)在逆變部分的大電流環路(C2→高頻變壓器→MOSFET→RS→C2)中,RS和C2之間的連線要盡可能地短,不要在RS和C2之間布置元器件。
    (3)分離C1的接地環路,一路接SG6840的GND,另一路接偏壓繞組。
    (4)C1要盡可能地靠近SG6840的VDD和GND,以便獲得盡量好的去耦和濾波效果。
    (5)SG6840控制電路中的RL、RT及光電耦合器的地要連在一起,并且靠近SG6840的GND。
    (6)SG6840的GND要和RS的地連在一起。 

    TOPSwitch開關電源的PCB設計實例

    1.TOP204YA1開關電源電路一個以TOP204YA1芯片為核心構成的開關電源電路圖。 TOP204YA1開關電源電路圖
    2.TOP204YA1源極引腳端的單點接地 如圖7-17所示,自動再啟動/補償電容C5必須采用單點接地方式連接到TOP204YA1源極。為了避免由于源極開關電流過大而導致導通期間的誤關斷或工作不穩定,必須進行合理的PCB布局。輸入電容C1的高壓返回線必須直接接到源極的焊盤上,而不能與C5的連線連接在一起。偏置/反饋的返回線也應當直接連接到源極的焊盤上。 TOP204YA1源極引腳端 源極的引腳端必須盡可能短,而不要折彎或延長源極的引腳。對于漏極,如有必要,可以適當地彎折或延長漏極的引腳。安裝TOP204YA1要完全插進PCB的焊盤中。
    3.關鍵元器件的PCB布局與連線 關鍵元器件的PCB布局與連線。
    4.PCB布局與連線檢查項目 PCB布局與連線檢查項目如下。

    ① TOP204YA1(U1)、C1和變壓器T1的初級引腳端應盡可能靠近,以縮小PCB的布線長度和回路面積。這些元器件的連接導線中有高速開關電流流過,通常會引起共模的EMI發射。要注意TOP204YA1與散熱器的安裝。
    ② VD1、VR1和變壓器T1的初級引腳應盡可能靠近,以縮小PCB的布線長度和回路面積。這些元器件的連接導線中有高速開關電流流過,通常會引起共模的EMI發射。
    ③ TOP204YA1(U1)的漏極連接到T1的初級引腳端和鉗位二極管VD1的印制導線必須很短。在印制導線上除了會流過高速電流外,還有很高的開關電壓,后者也會引起附加的共模的EMI發射。
    ④ TOP204YA1(U1)的源極要直接連接到C1,而不應該有其他的分支線連接到這根線上。
    ⑤ Y1電容C7應該用粗而短的印制導線直接連接到變壓器T1的偏置繞組的返回端和次級輸出繞組的返回端。
    ⑥ 變壓器T1的初級偏置繞組返回端應當直接連接到TOP204YA1(U1)的源極,不應有其他元器件連接到這根印制導線上,因為雷擊浪涌的試驗電壓會在上面感應出噪聲電壓。 ⑦ 偏置二極管VD3要盡可能靠近變壓器T1的偏置繞組引腳,以縮短陽極引線的長度(陽極引線上有高的開關電壓)和增大相對比較“干凈”的陰極引線的長度。
    ⑧ VD3的陰極要直接連接到C4,不要有其他元器件連接到這根印制導線上,因為雷擊浪涌的試驗電壓和整流電流會在上面感應出噪聲電壓。因此,C4要通過PCB的布線和PCB元器件面的跳線來與光電耦合器件U2連接。
    ⑨ 電容C4要直接連接到TOP204YA1(U1)的源極,其間不要有其他印制導線與它相連,也不要有其他元器件連接到這根印制導線上,因為雷擊浪涌的試驗電壓會在上面感應出噪聲電壓。
    ⑩ 電容C5應當直接連接到TOP204YA1(U1)的源極,而不應當有其他印制導線連接到這根印制導線上,也不要有其他元器件連接到印制導線上,因為雷擊浪涌的試驗電壓會在上面感應出噪聲電壓。 輸出整流管VD2,以及C2和變壓器的次級繞組彼此要盡可能靠近,以縮短印制導線的長度和回路面積,因為連接這些元器件的印制導線中有高速開關電流流過,通常會引起共模的EMI發射。印制導線要寬,因為峰值電流要遠大于直流負載電流。 C3應盡可能靠近輸出連接器,同時直接與輸出連接器的印制導線相連,以減少輸出開關噪聲。 注意:印制導線應直接貫通電容引腳的焊盤,而且沒有其他的印制導線與C3串聯。同時,還要注意與L1串聯的印制導線,以及連接C2和C3的印制導線可以稍微狹窄一些和長一些,因為上面只有直流電流流過。 散熱器既可以直接與TOP204YA1(U1)的外殼接觸,也可以完全與TOP204YA1(U1)的外殼及電路相隔離。如果散熱器與電路的別處相連,而與TOP204YA1(U1)的外殼隔離,則TOP204YA1(U1)外殼和散熱器之間的分布電容將與電路的電感產生諧振,形成高頻振鈴電流。高頻振鈴電流可能觸發TOP204YA1(U1)使之停止工作。

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