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工程课程一般不会教授如何完成杰出的电路板布局布线。高频RF类课程会研究走线阻抗的重要性，但需求自行构建体系电源的工程师，一般不会将电源视为高频体系，而忽视了电路板布局布线的重要性。 了解本文所述电路板布局布线原则背面的理由并严格恪守，将能够把开关形式电源的任何PCB相关问题降到最小。 开关形式电源用于将一个电压转化为另一个电压。这种电源的效率一般很高，因而，在许多应用中，它取代了线性稳压器。 开关频率与开关转化 开关形式电源以必定的开关频率作业。开关频率既能够是固定的(例如在PWM型操控中)，也能够依据某些因素而改动(例如在PFM或迟滞型操控中)。 无论何种情况，开关形式电源的作业原理，都在于它有必定的敞开时刻Ton和必定的封闭时刻Toff.一个50%占空比的典型开关周期。这意味着，在完好周期T的50%时刻里，转化器中有某一电流；在别的50%时刻里，转化器中有不同的电流。 当咱们考虑体系噪声时，实践的开关频率(换言之，周期长度T)并不是很重要。假如它在体系的敏感信号频率范围内，开关频率或其谐波可能会影响体系。但一般来说，开关频率并不是影响体系的最大因素。 在开关形式电源中，真实重要的是开关转化的速度。咱们能够看到开关转化在时刻标度上的放大图。在周期T为2us的时刻标度上，关于500kHzPWM开关频率，转化看起来像是一条垂直线。但放大后，咱们能够看到，开关转化一般需求30到90ns的时刻。 为什么杰出的PCB布局布线非常重要？ 每2.5cmPCB走线具有大约20nH的走线电感。切当的电感值取决于走线的厚度、宽度和几许形状，但依据经验，一般取20nH/2.5cm切实可行。 假定一个降压稳压器供给5A的输出电流，咱们将会看到电流从0A切换到5A.当开关电流很大且开关转化时刻很短时，咱们能够运用下面的公式，核算细小的走线电感会发生多大的电压偏移： 假定走线长2.5cm(20nH)，输出电流为5A(降压稳压器中的5A开关电流)，MOSFET功率开关的转化时刻为30ns，那么电压偏移将是3.33V. 由此可见，仅仅2.5cm的走线电感就能发生适当大的电压偏移。这种偏移乃至常常导致开关形式电源完全失效。将输入电容放在离开关稳压器输入引脚几厘米的当地，一般就会导致开关电源不能作业。在布局布线不妥的电路板上，假如开关电源仍能作业，它将发生非常大的电磁干扰(EMI)。 在上面的公式中，咱们仅有能改动的参数是走线电感。咱们能够使走线尽可能短，然后下降走线电感。较厚的铜线也有助于下降电感。由于负载所需的功率固定，因而咱们无法改动电流参数。关于转化时刻而言，咱们能够改动，但一般不想改动。 减慢转化时刻能够下降发生的电压偏移，然后下降EMI，可是开关损耗却会提高，咱们将不得不以较低的开关频率并运用昂贵而庞大的电源器材作业。 找到交流电流走线 在开关形式电源的PCB布局布线中，最重要的原则是以某种方式使交流走线尽可能短。 假如能认真恪守这一原则，杰出的电路板布局布线能够说现已成功了80%.为了找到这些在很短的时刻(转化时刻)内将电流从“满电流”变为“无电流”的交流走线，咱们将原理图制作了三次。 它是一个简略的降压型开关形式电源。在顶部的原理图中，咱们用虚线画出了敞开时刻内电流的流动。在中心的原理图中，咱们用虚线画出了封闭时刻内电流的流动。底部的原理图特别值得留意。这儿，咱们画出了电流从敞开时刻变为封闭时刻的所有走线。 经过这种方法，咱们能够轻松找到任何开关形式电源拓扑结构的交流电流走线。 在评估现有的电路板布局布线时，一个好的方法是将其打印在纸上，并放上一张透明的塑料板，然后用不同颜色的笔，画出敞开时刻和封闭时刻内的电流流向及相应的交流走线。 尽管咱们倾向于以为，能够在头脑中完结这一相对简略的作业，但在思想过程中，咱们常常会犯一些小错误，因而，强烈建议在纸上绘出走线。 完成杰出的PCB布局布线 降压稳压器的交流走线。有必要留意，某些接地走线也是交流走线，相同需求坚持尽可能短。此外，关于这些交流电流途径，建议不要运用任何过孔，因为过孔的电感也适当高。关于这一规则，仅有非常少的例外情况。 假如交流途径不运用过孔，将实践导致比过孔自身更大的走线电感，那么建议运用过孔。多个过孔并联优于仅运用单个过孔。 电感的特别考虑 在EMI方面，咱们也有必要考虑电感。实践器材并不像许多人以为的那样对称。电感有一个磁芯，磁芯周围绕着电线。绕组总有一个开始端和一个完毕端。 开始端连接到电感的内绕组，完毕端从电感的外绕组接出。绕组的开始端一般在器材上标有一个圆点。将开始端连接到高噪声开关节点，将完毕端连接到安静的电压非常重要。关于降压稳压器，安静的电压就是输出电压。 这样，外绕组上的固定电压，能够在电气上屏蔽内绕组上的交流开关节点电压，然后电源的EMI将会较低。 趁便提一下，所谓的屏蔽电感也是如此。具有必定磁导率的屏蔽电感的外部，的确运用了某种屏蔽材料，该材料会收紧封装侧的大部分磁力线。然而，这种材料只能按捺磁场，而不能按捺电场。 外绕组上的交流电压主要是电气或容性耦合引起的问题，屏蔽电感的屏蔽材料没有按捺此类耦合。因而，屏蔽电感也应放在电路板上，以便将高噪声开关节点连接到绕组开始端，然后将EMI降到最低。 开关形式电源杰出电路板布局布线的根底 工程课程一般不会教授如何完成杰出的电路板布局布线。高频RF类课程会研究走线阻抗的重要性，但需求自行构建体系电源的工程师，一般不会将电源视为高频体系，而忽视了电路板布局布线的重要性。 电路板布局布线不妥引起的大多数问题，都能够归结为未操控交流电流走线尽可能短并且紧凑。了解本文所述电路板布局布线原则背面的理由并严格恪守，将能够把开关形式电源的任何PCB相关问题降到最小。 深圳市英朗光电有限公司专注于照明应急电源设计18年。公司位于深圳，是国家高新技术企业，公司拥有18项专利技术。公司致力于让照明365天不怕断电的理念。凭借自主的技术和制造实力，常年服务于海洋王、创维照明、日上光电、同方股份，得邦股份、华荣股份、中国石油、日本森田等企业。获得了客户的一致认可和充分信任，是led照明应急电源行业的稳定产品供应商。 |
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