【導(dǎo)讀】對于開關(guān)電源，PCB布線毫無疑問是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。然而市面似乎很沒有合適的書籍來闡述這一塊，今天在這和大家分享多年來在PCB布線方面的經(jīng)驗(yàn)，包括原理圖的繪制、PCB封裝、布局、走線、機(jī)械，散熱和EMI考量等等，歡迎大家參與討論。
首先，你要開始這個(gè)工作，先掌握一款軟件，畫PCB的軟件很多，protel，AD，PADS，PowerPCB，Allegro等等。當(dāng)然這些只是工具，在這里并不討論某種軟件怎么用。
第一步，我們來討論怎么畫原理圖。可能很多工程師覺得怎么畫原理圖不重要，只要畫對就行。其實(shí)不然，畫圖和編程一樣，一個(gè)是要正確，二是要有可讀性，邏輯分明。要是一張?jiān)韴D，n久之后連你自己都看不懂，那肯定不是好原理圖。
對于電源原理圖，要做到邏輯分明并不難。
1、首先要把功率電路和控制電路區(qū)分開來。如果你是簡單電路，可以放在一張?jiān)韴D里。比如上面為功率電路，下面為控制電路。并且將初次級分割明顯。如果你是復(fù)雜電路，可以采用多張?jiān)韴D，比如PFC一頁，DCDC一頁，PFC控制電路一頁，DCDC控制電路一頁，還有各種保護(hù)也單獨(dú)一頁。
2、每個(gè)功能模塊，都應(yīng)該有簡短的文字說明。
3、盡量少用交叉，但又不連接的連線。過多的交叉線，會(huì)導(dǎo)致看不清楚，而且有可能會(huì)誤連接。
4、合理利用網(wǎng)絡(luò)名，原理圖中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)獨(dú)一無二的netname，所以對一些無法用連線連接的節(jié)點(diǎn)，可以用net來連接，但是net的名字應(yīng)該取得比較形象，容易讀懂。對于跨頁的連接，應(yīng)該采用全局的網(wǎng)絡(luò)名。
在畫原理圖的時(shí)候，還需要養(yǎng)成一些小的良好習(xí)慣，比如：
1、一些在布板的時(shí)候需要彼此靠近的器件，在原理圖中最好也畫在一起。
2、在第一次研發(fā)的時(shí)候，應(yīng)該預(yù)留一些調(diào)試的器件位置，有利于增加器件。
3、善于利用0歐姆電阻，0歐姆電阻可以將一個(gè)net分成二個(gè)net，有利于布線。
在你布比較復(fù)雜的電路的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)有時(shí)候很多走線是一個(gè)net的，但是又不能混在一起。比如功率地，信號地。那么在布線的時(shí)候，為了能自動(dòng)互相避讓，可以將其分成兩個(gè)net。
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原理圖是一個(gè)項(xiàng)目的開始，也是最為關(guān)鍵的一環(huán)。所以在畫原理圖的時(shí)候，應(yīng)該仔細(xì)審查，任何一個(gè)細(xì)微錯(cuò)誤，都會(huì)導(dǎo)致將來花大力氣來彌補(bǔ)。原理圖一旦完成，就該進(jìn)行編號，同時(shí)每一次修改，都應(yīng)該另存，不要隨意覆蓋舊文件，避免出錯(cuò)后找不到原來的文件。
如果原理圖準(zhǔn)備完畢，就要開始準(zhǔn)備每一個(gè)所用器件的PCB封裝。在大公司里，通常PCB封裝有嚴(yán)格的規(guī)范，或許有專人制作，那么電源工程師就省去了這個(gè)麻煩。但是在一些小公司里，封裝還得工程師自己來畫，那么要注意些什么呢?
1、封裝的腳位必須和原理圖腳位一一對應(yīng)，比如電解電容，如果腳位對錯(cuò)，那可糟糕了。
2、要了解生產(chǎn)工藝對封裝的要求，通常生產(chǎn)線會(huì)積累一些經(jīng)驗(yàn)，比如封裝焊盤多大，生產(chǎn)效率比較高，那么工程師在做封裝的時(shí)候要事先了解這些規(guī)范，盡量遷就產(chǎn)線標(biāo)準(zhǔn)。這樣生產(chǎn)效率才能提高。其次，不同的焊接工藝，比如是波峰焊，還是回流焊，都會(huì)對焊盤有不同的要求。
3、對于一些對稱的封裝，一定要注意標(biāo)記，比如標(biāo)記1腳，避免裝反。對于定制的器件，最好搞成不對稱，可防反。
這里舉個(gè)簡單的例子，比如貼片電阻，要放在底層。有可能采用回流焊，也有可能和插件一起過波峰焊。如果用波峰焊，那么焊盤要適當(dāng)?shù)拇笥陔娮璧暮改_，這樣才有利掛上錫。
如果開始布局了，首先要考量的就是器件的總體擺放。
1、要考量功率電路的走向，功率電路是占了PCB大部分的區(qū)域，那么這部分電路的走向就非常重要了。通常對于功率比較大的電路，走向有以下幾種。
直線型：輸入在一邊，輸出在另外一邊。
回字型：輸入和輸出在同一邊，繞個(gè)彎回來。
蛇形：繞好幾個(gè)彎
多塊板子，比如有AB兩塊板子，中間用飛線連接(注意飛線上要走直流電流，減少EMI)。當(dāng)然還有其他的一些，總的來說，功率走向要清晰，不能胡亂交叉。
對于大致的功率走向確定之后，要來分別細(xì)化各個(gè)功率電路的走向，首先看EMI的濾波器的布局。
EMI濾波有個(gè)大概的原則，就是輸入和輸出盡量遠(yuǎn)離。如果輸入和輸出很靠近，那么輸入輸出之間的耦合電容，會(huì)導(dǎo)致高頻濾波效果變差。
濾波器走向如下：
那么再來看一下一個(gè)簡單的反激電路：
如果從結(jié)構(gòu)，散熱的角度來考慮的話，要注意一些細(xì)節(jié)：
●板子的重量盡量均衡，不要把重物器件都集中在某一區(qū)域；
●熱源器件也不要都聚集在一塊，不然互相提高溫升；
●對熱敏感的器件，比如電解電容，不要靠近熱源，或者熱源的下風(fēng)口；
●對于風(fēng)冷的電源，要注意風(fēng)道的暢通，發(fā)熱器器件盡量處于下風(fēng)口，對熱敏感器件處于上風(fēng)口；
●對于容易破裂的器件，比如陶瓷電容，不要放在PCB容易彎曲的地方，比如定位孔附近；
●除此之外，還有一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，就是要事先了解安規(guī)，要知道你設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，將來要過哪個(gè)地區(qū)的哪些安規(guī)。
要事先考慮好，各個(gè)爬電距離，電氣間隙的要求。事實(shí)上安規(guī)的細(xì)節(jié)要求是非常多的，對于研發(fā)工程師來說，一開始就要和安規(guī)工程師做好溝通，了解一些細(xì)節(jié)。
最主要的一些細(xì)節(jié)，大致有這些，
●保險(xiǎn)絲前的火線和零線的距離。
●初級，次級，大地之間的距離。
●兩個(gè)不同電位點(diǎn)之間的距離。
關(guān)于控制電路的布局，通常復(fù)雜點(diǎn)的電源，控制電路分為控制部份，和驅(qū)動(dòng)部份。而驅(qū)動(dòng)部份介于功率電路和信號電路之間，是一定的干擾源，而抗干擾能力要比信號電路強(qiáng)。
簡單一點(diǎn)的電路，控制和驅(qū)動(dòng)是集成在一塊的，那么需要注意的是：
1、控制電路的布局，應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離功率電路，不宜和功率電路混在一起。特別需要避開dv/dt大的節(jié)點(diǎn)，di/dt大的環(huán)路。
2、布局應(yīng)該以IC為中心，優(yōu)先布局震蕩電容，去耦電容等電容器件。因?yàn)槿菪云骷鸬綖V除高頻噪音的功能，為了減少寄生電感，要和IC的引腳盡量近。
3、驅(qū)動(dòng)電路必須靠近MOS，這樣驅(qū)動(dòng)電路的環(huán)路才會(huì)比較小，一個(gè)減少干擾，二減少驅(qū)動(dòng)線上的寄生電感。
當(dāng)布局初步完成之后，就要切入我們討論的重點(diǎn)，如何布線。對于電源來說布線并非簡單的連連起來這么簡單，有諸多的細(xì)節(jié)需要考慮。
首先，在布線之間，你要了解合作的PCB廠家的工藝水平。比如你采用1盎司的銅厚，通常的廠家能做的最小線寬和最小間距大概在5mil左右，如果你設(shè)計(jì)的太小，會(huì)導(dǎo)致工藝做不到。
同樣銅厚越厚，最小線寬和間距就會(huì)越大。通常2盎司，會(huì)要求7mil以上，3盎司會(huì)要求8mil以上。當(dāng)然這些都是要看各個(gè)PCB廠家的工藝水平。所以在設(shè)置布線規(guī)則之前，要先了解這些。
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接下來，應(yīng)該知道多大的電流需要多寬的銅皮。也就是所謂的走線的電流密度，這個(gè)沒有唯一的標(biāo)準(zhǔn)，完全受銅線的溫升限制。
對于PCB走線，無非是銅皮而已，所以不單單走線具有電阻，會(huì)發(fā)熱，會(huì)有壓降。在高頻開關(guān)電源里面，走線帶來的另外一個(gè)寄生參數(shù)可能會(huì)更值得關(guān)注，那就是寄生電感。每一根走線都會(huì)帶來或大或小的寄生電感。這些電感，帶來震蕩，噪音。
我們來看一下，三個(gè)電容的布線，討論一下PCB走線對電容性能的影響。
左邊這個(gè)呢，有利于高頻噪音的吸收，中間這個(gè)銅皮電阻最小，損耗較小。右邊這個(gè)非常的不合理，因?yàn)榘炎呔€電感串入了電容，電容的高頻吸收能力減弱。
在布線的時(shí)候盡量避免出現(xiàn)銳角，這個(gè)規(guī)則主要是高頻電路的布線規(guī)則。因?yàn)樵阡J角處一是出現(xiàn)阻抗變化，而是銳角的電荷密度比較大，是干擾相對比較大的地方。雖然這個(gè)規(guī)則在電源設(shè)計(jì)中沒有高頻電路這么重要，但是也當(dāng)盡量避免。
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