22個(gè)方向分享開關(guān)電源PCB設(shè)計(jì)與EMC之間關(guān)聯(lián)（一）

說起開關(guān)電源的難點(diǎn)問題，PCB布板問題不算很大難點(diǎn)，但若是要布出一個(gè)精良PCB板一定是開關(guān)電源的難點(diǎn)之一(PCB設(shè)計(jì)不好，可能會(huì)導(dǎo)致無論怎么調(diào)試參數(shù)都調(diào)試布出來的情況，這么說并非危言聳聽)原因是PCB布板時(shí)考慮的因素還是很多的，如：電氣性能，工藝路線，安規(guī)要求，EMC影響等等;考慮的因素之中電氣是*基本的，但是EMC又是*難摸透的，很多項(xiàng)目的進(jìn)展瓶頸就在于EMC問題;下面從二十二個(gè)方向給大家分享下PCB布板與EMC：

1、熟透電路方可從容進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)之EMI電路


上面的電路對(duì)EMC的影響可想而知，輸入端的濾波器都在這里;防雷擊的壓敏;防止沖擊電流的電阻R102(配合繼電器減小損耗);關(guān)鍵的慮差模X電容以及和電感配合濾波的Y電容;還有對(duì)安規(guī)布板影響的保險(xiǎn)絲;這里的每一個(gè)器件都至關(guān)重要，要細(xì)細(xì)品味每一個(gè)器件的功能與作用。設(shè)計(jì)電路時(shí)就要考慮的EMC嚴(yán)酷等級(jí)從容設(shè)計(jì)，比如設(shè)置幾級(jí)濾波，Y電容數(shù)量的個(gè)數(shù)以及位置。壓敏大小數(shù)量選擇，都與我們對(duì)EMC的需求密切相關(guān)，歡迎大家一起討論看似簡(jiǎn)單其實(shí)每個(gè)元器件蘊(yùn)含深刻道理的EMI電路。



2、電路與EMC：(*熟悉的反激主拓?fù)?，看看電路中哪些關(guān)鍵地方蘊(yùn)含了EMC的機(jī)理)


上圖的電路中打圈幾部分：對(duì)EMC影響非常重要(注意綠色部分不是的)，比如輻射大家都知道電磁場(chǎng)輻射是空間的，但基本的原理是磁通量的變化，磁通量涉及到磁場(chǎng)有效截面積，也就是電路中對(duì)應(yīng)的環(huán)路。電流可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，產(chǎn)生的是穩(wěn)定的磁場(chǎng)，不能向電場(chǎng)轉(zhuǎn)化;但變化的電流產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)是可以產(chǎn)生電場(chǎng)(其實(shí)這就是有名的麥克斯韋方程我用通俗語言來說)，變化的電場(chǎng)同理可產(chǎn)生磁場(chǎng)。所以一定要關(guān)注那些有開關(guān)狀態(tài)的地方，那就是EMC源頭之一，這里就是EMC源頭之一(這里說之一當(dāng)然后續(xù)還會(huì)講到其它方面); 比如電路中虛線環(huán)路，是開關(guān)管開通和關(guān)斷的環(huán)路，不僅設(shè)計(jì)電路時(shí)開關(guān)速度可以調(diào)節(jié)對(duì)EMC影響，布板走線環(huán)路面積也有著重要的影響!另二個(gè)環(huán)路是吸收環(huán)路和整流環(huán)路，先提前了解下，后面再講!


3、PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
1.PCB環(huán)路對(duì)EMC的影響非常重要，比如反激主功率環(huán)路，如果太大的話輻射會(huì)很差。
2.濾波器走線效果，濾波器是用來濾去干擾的，但若是PCB走線不好的話，濾波器就可能失去應(yīng)該有的效果。
3.結(jié)構(gòu)部分，散熱器設(shè)計(jì)接地不好會(huì)影響，屏蔽版的接地等;
4.敏感部分與干擾源頭過近，比如EMI電路與開關(guān)管很近，必然會(huì)導(dǎo)致EMC很差，需要有清晰的隔離區(qū)域。
5.RC吸收回路的走線。
6.Y電容接地與走線，還有Y電容的位置也很關(guān)鍵等等!
先想到這說這些，后續(xù)會(huì)具體討論，先起個(gè)引子。
下面舉一個(gè)小例子：


如上圖中虛線框，X電容引腳走線做了內(nèi)縮的處理，大家可以學(xué)習(xí)下，如何讓電容引腳走線外掛(采用擠電流走線)。這樣X電容的濾波效果才能夠達(dá)到*佳狀態(tài)。




4、PCB設(shè)計(jì)之準(zhǔn)備事項(xiàng)：(準(zhǔn)備充分了，方可設(shè)計(jì)步步穩(wěn)健，避免設(shè)計(jì)推翻重來)
大致有以下的一些方面，都是自己設(shè)計(jì)過程會(huì)去考慮，所有的內(nèi)容跟別的教程無關(guān)，都是只是自己的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

1.外觀結(jié)構(gòu)尺寸，包括定位孔，風(fēng)道流向，輸入輸出插座，需要與客戶系統(tǒng)匹配，還需要與客戶溝通裝配上的問題，限高等等。
2.安規(guī)認(rèn)證，產(chǎn)品做哪種認(rèn)證，哪些地方做到基本絕緣爬電距離要留夠，哪些地方做到加強(qiáng)絕緣留夠距離或開槽。
3.封裝設(shè)計(jì)：有沒有特殊期間，如定制件封裝準(zhǔn)備。
4.工藝路線選定：?jiǎn)蚊姘咫p面板選擇，或是多層板，根據(jù)原理圖及板子尺寸，成本等綜合評(píng)估。
5.客戶的其他特殊要求。
結(jié)構(gòu)工藝相對(duì)會(huì)更靈活，安規(guī)還是比較固定的部分，做什么認(rèn)證，過什么安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然也有一些安規(guī)是很多標(biāo)準(zhǔn)中通用的，但也有一些特殊產(chǎn)品比如醫(yī)療會(huì)比較嚴(yán)苛。

為了新入門工程師朋友們不至于眼花繚亂，接下來列出些普遍產(chǎn)品通用的,下面是對(duì)于IEC60065總結(jié)出來的具體布板要求，針對(duì)安規(guī)需要牢記，碰到具體產(chǎn)品要會(huì)針對(duì)性處理：
1.輸入保險(xiǎn)絲焊盤制件的距離安規(guī)要求大于3.0MM，實(shí)際布板按照3.5MM(簡(jiǎn)單說保險(xiǎn)絲前按照3.5MM爬電距離，之后按照3.0MM爬電距離)
2.整流橋前后安規(guī)要求2.0MM，布板按照2.5MM。
3.整流后安規(guī)一般不做要求，但是高低壓間根據(jù)實(shí)際電壓大小留距離，習(xí)慣400V高壓留2.0MM以上。
4.初次級(jí)間安規(guī)要求6.4MM(電氣間隙)，爬電距離按照7.6MM為*佳。(注意這個(gè)跟實(shí)際輸入電壓相關(guān)，需要查表具體計(jì)算，提供數(shù)據(jù)僅供參考，以實(shí)際場(chǎng)合為準(zhǔn))
5.初次級(jí)用冷地，熱地標(biāo)識(shí)清晰;L，N標(biāo)識(shí)，輸入AC INPUT標(biāo)識(shí)，保險(xiǎn)絲警告標(biāo)識(shí)等等都需要清晰標(biāo)出;
再次重申實(shí)際安規(guī)距離跟實(shí)際輸入電壓相關(guān)以及工作環(huán)境有關(guān)，需要查表具體計(jì)算，提供數(shù)據(jù)僅供參考，以實(shí)際場(chǎng)合為準(zhǔn);


5、PCB設(shè)計(jì)之安規(guī)考慮其它因素
1.明白自己產(chǎn)品做什么認(rèn)證，屬于什么產(chǎn)品種類，比如醫(yī)療，通信，電力，TV等各不相同，但也有很多相通的地方。
2.安規(guī)中與PCB布板緊密的地方，了解絕緣的特點(diǎn)，哪些地方是基本絕緣，哪些地方是加強(qiáng)絕緣，不同標(biāo)準(zhǔn)絕緣距離是不一樣的。*好是會(huì)查標(biāo)準(zhǔn)，并且會(huì)計(jì)算電氣距離，爬電距離。
3.產(chǎn)品的安規(guī)器件重點(diǎn)注意，比如變壓器磁性與原副邊關(guān)系;
4.散熱器與周邊距離問題，散熱器接的地不一樣絕緣情況也不一樣，接大地還是冷地，熱地絕緣也布一樣。
5.保險(xiǎn)的距離特別注意，要求*嚴(yán)格地方。保險(xiǎn)絲前后距離布一致。
6.Y電容與漏電流，接觸電流關(guān)系。
等等，后續(xù)會(huì)詳細(xì)說明距離該怎么留，如何做好安規(guī)要求。



6、PCB設(shè)計(jì)之電源布局
1.首先衡量PCB尺寸與器件數(shù)量，做到疏密有致，要不然一塊密，一塊稀疏很難看。
2.將電路模塊化，以核心器件為中心，關(guān)鍵器件優(yōu)先放的原則一次放置器件。
3.器件呈垂直或水平防置，一是美觀，二是方便插件作業(yè)，特殊情況可以考慮傾斜。
4.布局時(shí)需要考慮到走線，擺放到*合理位置方便后續(xù)走線。
5.布局時(shí)盡可能減小環(huán)路面積，四大環(huán)路后面會(huì)詳解到。
做到上述幾點(diǎn)，當(dāng)然要靈活運(yùn)用，比較合理的布局很快就會(huì)誕生。



此圖功率密度還是比較高，其中LLC的控制部分，輔助源部分以及BUCK電路驅(qū)動(dòng)(大功率多路輸出)部分在小板上，就沒拿出來，看看主功率方面的布局特點(diǎn)吧：
1.輸入輸出端子是固定死的，不能動(dòng)，板子是長(zhǎng)方形的，主功率流向如何去選擇?
這里采用由下至上，由左及右的方式來布局，散熱是依靠外殼。
2.EMI電路還是清晰的流向，這點(diǎn)很重要，要不混亂了不美觀也對(duì)EMC不好。
3.大電容的位置盡量考慮到了PFC環(huán)路以及LLC主功率環(huán)路;
4.副邊的電流比較大，為了走電流，以及整流管散熱，采用了這樣的布局，整流管在上，BUCK電路MOS管在下，散熱分散效果好;大功率的頂層一般走負(fù)，底層走正。
每個(gè)板子有自己的特點(diǎn)，當(dāng)然也有自己的難處，如何合理解決是關(guān)鍵，大家從中能理解布局合理選取的含義嗎?


7、PCB實(shí)例賞析

8、PCB設(shè)計(jì)之四大環(huán)路認(rèn)識(shí)：(PCB布局的基本要求就是四大環(huán)路面積小)

補(bǔ)充一下，吸收環(huán)路(RCD吸收以及MOS管的RC吸收，整流管的RC吸收)也很重要，也是產(chǎn)生高頻輻射的環(huán)路，對(duì)上圖有任何疑問，都?xì)g迎討論，不怕任何質(zhì)疑，只要是針對(duì)問題的質(zhì)疑，一起討論學(xué)習(xí)才能更大的進(jìn)步!
9、PCB設(shè)計(jì)之熱點(diǎn)(浮動(dòng)電位點(diǎn))及地線：


注意事項(xiàng)：
1.針對(duì)熱點(diǎn)，一定要特別注意(高頻開關(guān)點(diǎn))，是高頻輻射點(diǎn)，布局走線對(duì)EMC影響很大。
2.熱點(diǎn)構(gòu)成的環(huán)路小，走線短，并且走線不是越粗越好，而是夠走電流夠用就好。
3.地線要單點(diǎn)接地。主功率地和信號(hào)地分開，采樣地單獨(dú)走。
4.散熱器的地需要接主功率地。