電源PCB設計時應注意的間距、元件位置、環路面積等問題

　　各位電子工程師想必都知道，設計時，PCB設計占據很重要的地位。以電源為例，PCB設計會直接影響電源的EMC性能、輸出噪聲、抗干擾能力，甚至是基本功能。電源部分的PCB布線與其他硬件稍有不同，該如何設計?本文為你揭秘。

　　間距

　　對于高電壓產品必須要考慮到線間距。能滿足相應安規要求的間距當然最好，但很多時候對于不需要認證，或沒法滿足認證的產品，間距就由經驗決定了。

　　多寬的間距合適?必須考慮生產能否保證板面清潔、環境濕度、其他污染等情況如何。

　　對于市電輸入，即使能保證板面清潔、密封，MOS管漏源極間接近600V，小于1mm事實上也比較危險了!

　　板邊緣的元器件

　　在PCB邊沿的貼片電容或其他易損壞的器件，在放置時必須考慮PCB分板方向，如圖是各種放置方法時，器件受到的應力大小對比。

　　圖1 分板時器件受到的應力對比

　　由此可以看出，器件應遠離并平行于分板邊緣，否則可能因為PCB分板導致元器件受損。

　　環路面積

　　無論是輸入或是輸出、功率環路或信號環路，應盡可能的小。功率環路發射電磁場，將導致較差的EMI特性或較大的輸出噪聲;同時，若被控制環接收，很可能引起異常。

　　另一方面，若功率環路面積較大，其等效寄生電感也會增大，可能增加漏極噪聲尖峰。

　　關鍵走線

　　因di/dt 作用，必須減小動態節點處電感，否則會產生較強的電磁場。若要減小電感，主要是要減少布線的長度，增加寬度作用較小。

　　信號線

　　對于整個控制部分，布線時應考慮將其遠離功率部分。若因其他限制兩者靠得較近，不應將控制線與功率線并行，否則可能導致電源工作異常、震蕩。

　　另外若控制線很長，應該將來回的一對線的靠近，或將二者置于PCB的兩個面上并正對著，從而減小其環路面積，避免被功率部分的電磁場干擾。如圖2說明了A、B兩點間，正確與錯誤的信號線布線方法。

　　圖2 正確與錯誤的信號線布線方法。

　　當然，信號線上應盡量減少用于連接的過孔!

　　鋪銅

　　有的時候鋪銅是完全沒有必要的，甚至應該避免。若銅面積足夠大且其電壓不斷變化，一方面它可能作為天線，向周圍輻射電磁波;另一方面它又很容易拾起噪聲。

　　通常只允許在靜態節點鋪銅，例如對輸出端“地”節點鋪銅，可以等效增加輸出電容，濾除一些噪聲信號。

　　映射

　　對于一個回路，可以在PCB的一面進行鋪銅，它會根據PCB另一面的布線自動映射，使這個回路的阻抗最小。這就好像一組不同阻抗值的阻抗并聯，電流會自動選擇阻抗最小的路徑流過一樣。

　　事實上可以在控制部分電路的一面進行連線，而在另一面對“地”節點鋪銅，兩個面間通過過孔連接。

　　輸出整流二極管

　　輸出整流二極管若離輸出端比較近，不應將其與輸出平行放置。否則二極管處產生的電磁場將穿入電源輸出與外接負載形成的環路，使測得的輸出噪聲增大。

　　圖3 正確與錯誤的二極管放置方向

　　地線

　　地線的布線必須非常小心，否則可能引起EMS、EMI性能和其他性能變差。對于開關電源PCB的“地”，至少做到以下兩點：

　　功率地和信號地，應單點連接;

　　不應有存在地環路。

　　Y電容

　　輸入輸出經常會接入Y電容，有時因某些原因，可能無法將其掛在輸入電容地上，此時切記，一定要接在靜態節點，如高壓端。

　　其他

　　實際電源PCB設計時，可能還要考慮其他一些問題，例如“壓敏電阻應緊靠被保護電路”、“共模電感應增加放電齒”、“芯片VCC供電處應增加瓷片電容”等等。另外，是否需特殊處理，如銅箔、屏蔽等，在PCB設計階段也是需要考慮的。

　　有時往往會遇到多個原則相互沖突的情況，滿足其中一個就滿足不了其他的，這是需要工程師應用已有的經驗，根據實際項目需求，確定最合適的布線了!

　　總結

　　為打造高穩定的產品，在硬件設計中需要的設計細節是很多的，本文僅是介紹硬件中的最為常見的電源設計。為使整體產品或系統擁有穩定、可靠的供電，大部分工程師會選擇電源模塊作為系統供電的基礎。