22個(gè)方向分享開(kāi)關(guān)電源PCB設計與EMC之間關(guān)聯(lián)（一）

說(shuō)起開(kāi)關(guān)電源的難點(diǎn)問(wèn)題，PCB布板問(wèn)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(kāi)關(guān)電源的難點(diǎn)之一(PCB設計不好，可能會(huì )導致無(wú)論怎么調試參數都調試布出來(lái)的情況，這么說(shuō)并非危言聳聽(tīng))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(xiàn)，安規要求，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，很多項目的進(jìn)展瓶頸就在于EMC問(wèn)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設計之EMI電路


上面的電路對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;還有對安規布板影響的保險絲;這里的每一個(gè)器件都至關(guān)重要，要細細品味每一個(gè)器件的功能與作用。設計電路時(shí)就要考慮的EMC嚴酷等級從容設計，比如設置幾級濾波，Y電容數量的個(gè)數以及位置。壓敏大小數量選擇，都與我們對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)元器件蘊含深刻道理的EMI電路。



2、電路與EMC：(*熟悉的反激主拓撲，看看電路中哪些關(guān)鍵地方蘊含了EMC的機理)


上圖的電路中打圈幾部分：對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，也就是電路中對應的環(huán)路。電流可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，產(chǎn)生的是穩定的磁場(chǎng)，不能向電場(chǎng)轉化;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(yǔ)言來(lái)說(shuō))，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(kāi)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(shuō)之一當然后續還會(huì )講到其它方面); 比如電路中虛線(xiàn)環(huán)路，是開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的環(huán)路，不僅設計電路時(shí)開(kāi)關(guān)速度可以調節對EMC影響，布板走線(xiàn)環(huán)路面積也有著(zhù)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設計與EMC的關(guān)聯(lián)
1.PCB環(huán)路對EMC的影響非常重要，比如反激主功率環(huán)路，如果太大的話(huà)輻射會(huì )很差。
2.濾波器走線(xiàn)效果，濾波器是用來(lái)濾去干擾的，但若是PCB走線(xiàn)不好的話(huà)，濾波器就可能失去應該有的效果。
3.結構部分，散熱器設計接地不好會(huì )影響，屏蔽版的接地等;
4.敏感部分與干擾源頭過(guò)近，比如EMI電路與開(kāi)關(guān)管很近，必然會(huì )導致EMC很差，需要有清晰的隔離區域。
5.RC吸收回路的走線(xiàn)。
6.Y電容接地與走線(xiàn)，還有Y電容的位置也很關(guān)鍵等等!
先想到這說(shuō)這些，后續會(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(xiàn)框，X電容引腳走線(xiàn)做了內縮的處理，大家可以學(xué)習下，如何讓電容引腳走線(xiàn)外掛(采用擠電流走線(xiàn))。這樣X(jué)電容的濾波效果才能夠達到*佳狀態(tài)。




4、PCB設計之準備事項：(準備充分了，方可設計步步穩健，避免設計推翻重來(lái))
大致有以下的一些方面，都是自己設計過(guò)程會(huì )去考慮，所有的內容跟別的教程無(wú)關(guān)，都是只是自己的經(jīng)驗總結。

1.外觀(guān)結構尺寸，包括定位孔，風(fēng)道流向，輸入輸出插座，需要與客戶(hù)系統匹配，還需要與客戶(hù)溝通裝配上的問(wèn)題，限高等等。
2.安規認證，產(chǎn)品做哪種認證，哪些地方做到基本絕緣爬電距離要留夠，哪些地方做到加強絕緣留夠距離或開(kāi)槽。
3.封裝設計：有沒(méi)有特殊期間，如定制件封裝準備。
4.工藝路線(xiàn)選定：?jiǎn)蚊姘咫p面板選擇，或是多層板，根據原理圖及板子尺寸，成本等綜合評估。
5.客戶(hù)的其他特殊要求。
結構工藝相對會(huì )更靈活，安規還是比較固定的部分，做什么認證，過(guò)什么安規標準，當然也有一些安規是很多標準中通用的，但也有一些特殊產(chǎn)品比如醫療會(huì )比較嚴苛。

為了新入門(mén)工程師朋友們不至于眼花繚亂，接下來(lái)列出些普遍產(chǎn)品通用的,下面是對于IEC60065總結出來(lái)的具體布板要求，針對安規需要牢記，碰到具體產(chǎn)品要會(huì )針對性處理：
1.輸入保險絲焊盤(pán)制件的距離安規要求大于3.0MM，實(shí)際布板按照3.5MM(簡(jiǎn)單說(shuō)保險絲前按照3.5MM爬電距離，之后按照3.0MM爬電距離)
2.整流橋前后安規要求2.0MM，布板按照2.5MM。
3.整流后安規一般不做要求，但是高低壓間根據實(shí)際電壓大小留距離，習慣400V高壓留2.0MM以上。
4.初次級間安規要求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)，需要查表具體計算，提供數據僅供參考，以實(shí)際場(chǎng)合為準)
5.初次級用冷地，熱地標識清晰;L，N標識，輸入AC INPUT標識，保險絲警告標識等等都需要清晰標出;
再次重申實(shí)際安規距離跟實(shí)際輸入電壓相關(guān)以及工作環(huán)境有關(guān)，需要查表具體計算，提供數據僅供參考，以實(shí)際場(chǎng)合為準;


5、PCB設計之安規考慮其它因素
1.明白自己產(chǎn)品做什么認證，屬于什么產(chǎn)品種類(lèi)，比如醫療，通信，電力，TV等各不相同，但也有很多相通的地方。
2.安規中與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，哪些地方是加強絕緣，不同標準絕緣距離是不一樣的。*好是會(huì )查標準，并且會(huì )計算電氣距離，爬電距離。
3.產(chǎn)品的安規器件重點(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(wèn)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.保險的距離特別注意，要求*嚴格地方。保險絲前后距離布一致。
6.Y電容與漏電流，接觸電流關(guān)系。
等等，后續會(huì )詳細說(shuō)明距離該怎么留，如何做好安規要求。



6、PCB設計之電源布局
1.首先衡量PCB尺寸與器件數量，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(guān)，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(xiàn)，擺放到*合理位置方便后續走線(xiàn)。
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)，當然要靈活運用，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電路驅動(dòng)(大功率多路輸出)部分在小板上，就沒(méi)拿出來(lái)，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(cháng)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(lái)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(guān)也對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，底層走正。
每個(gè)板子有自己的特點(diǎn)，當然也有自己的難處，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設計之四大環(huán)路認識：(PCB布局的基本要求就是四大環(huán)路面積小)

補充一下，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，對上圖有任何疑問(wèn)，都歡迎討論，不怕任何質(zhì)疑，只要是針對問(wèn)題的質(zhì)疑，一起討論學(xué)習才能更大的進(jìn)步!
9、PCB設計之熱點(diǎn)(浮動(dòng)電位點(diǎn))及地線(xiàn)：


注意事項：
1.針對熱點(diǎn)，一定要特別注意(高頻開(kāi)關(guān)點(diǎn))，是高頻輻射點(diǎn)，布局走線(xiàn)對EMC影響很大。
2.熱點(diǎn)構成的環(huán)路小，走線(xiàn)短，并且走線(xiàn)不是越粗越好，而是夠走電流夠用就好。
3.地線(xiàn)要單點(diǎn)接地。主功率地和信號地分開(kāi)，采樣地單獨走。
4.散熱器的地需要接主功率地。