开关电源PCB设计要点讲解VIP免费

开关电源EMI设计摘要：由于开关电源的开关特性，容易使得开关电源产生极大的电磁兼容方面的干扰，作为一个电磁兼容工程师，或则一个PCBlayout工程师必须了解电磁兼容问题的原因已经解决措施，特别是layout工程师，需要了解如何避免脏点的扩大，本文主要介绍了电源PCB设计的要点。1，几个基本原理：任何导线都是有阻抗的；电流总是自动选择阻抗最小的路径；辐射强度和电流、频率、回路面积有关；共模干扰和大dv/dt信号对地互容有关；降低EMI和增强抗干扰能力的原理是相似的。2，布局要按电源、模拟、高速数字及各功能块进行分区。3，尽量减小大di/dt回路面积，减小大dv/dt信号线长度（或面积，宽度也不宜太宽，走线面积增大使分布电容增大，一般的做法是：走线的宽度尽量大，但要去掉多余的部分），并尽量走直线，降低其隐含包围区域，以减小辐射。4，感性串扰主要由大di/dt环路（环形天线），感应强度和互感成正比，所以减小和这些信号的互感（主要途径是减小环路面积、增大距离）比较关键；容性串扰主要由大dv/dt信号产生，感应强度和互容成正比，所有减小和这些信号的互容（主要途径是减小耦合有效面积、增大距离，互容随距离的增大降低较快）比较关键。5，尽量利用环路对消的原则来布线，进一步降低大di/dt回路的面积，如图1所示（类似双绞线利用环路对消原理提高抗干扰能力，增大传输距离）：图1，环路对消（boost电路的续流环）6，降低环路面积不仅降低了辐射，同时还降低了环路电感，使电路性能更佳。7，降低环路面积要求我们精确设计各走线的回流路径。8，当多个PCB通过接插件进行连接时，也需要考虑使环路面积达到最小，尤其是大di/dt信号、高频信号或敏感信号。最好一个信号线对应一条地线，两条线尽量靠近，必要时可以用双绞线进行连接（双绞线每一圈的长度对应于噪声半波长的整数倍）。如果大家打开电脑机箱，就可以看到主板到前面板USB接口就是用双绞线进行连接，可见双绞线连接对于抗干扰和降低辐射的重要性。9，对于数据排线，尽量在排线中多安排一些地线，并使这些地线均匀分布在排线中，这样可以有效降低环路面积。10，有些板间连接线虽然是低频信号，但由于这些低频信号中含有大量的高频噪声（通过传导和辐射），如果没有处理好，也很容易将这些噪声辐射出去。11，布线时首先考虑大电流走线和容易产生辐射的走线。12，开关电源通常有4个电流环：输入、输出、开关、续流，（如图2）。其中输入、输出两个电流环几乎为直流，几乎不产生emi，但容易受干扰；开关、续流两个电流环有较大的di/dt，需要注意。如果输入、输出两个电容用多个电容并联使用，需保证每个电容的布线具有相近的阻抗（长度、宽度），并使阻抗尽量小，以减小串入输入、输出端干扰。图2，Buck电路的电流环13，mos（igbt）管的栅极驱动电路通常也含有较大的di/dt。14，在大电流、高频高压回路内部不要放置小信号回路，如控制、模拟电路，以避免受到干扰。15，减小易受干扰（敏感）信号回路面积和走线长度，以减小干扰。16，小信号走线远离大dv/dt信号线（比如开关管的C极或D极，缓冲(snubber)和钳位网络），以降低耦合，可在中间铺地（或电源，总之是常电位信号）进一步降低耦合，铺地和地平面要良好接触。小信号走线同时也要尽量远离大di/dt的信号线，防止感性串扰。小信号走线最好不要走到大dv/dt信号的下方。小信号走线背面如果能够铺地（同性质地），也能降低耦合到的噪声信号。17，比较好的做法是，在这些大dv/dt、di/dt信号走线（包括开关器件的C/D极、开关管散热器）的周围和背面铺地，将上下两层铺地用过孔连接，并将此地用低阻抗走线接到公共接地点（通常为开关管的E/S极，或取样电阻）。这样可以减小辐射EMI。要注意，小信号地一定不能接到此屏蔽地上，否则会引入较大干扰。大dv/dt走线通常会通过互容将干扰耦合到散热器及附近的地，最好将开关管散热器接到屏蔽地上，采用表贴开关器件也会降低互容，从而降低耦合。18，易产生干扰的走线最好不要使用过孔，它会通过过孔干扰过孔所穿过的所有层。19，屏蔽可以降低辐射EMI，但由于增大了对地的电容，会使传导EMI（共模，或非本征差模）有所增...