要求部分安全距离
抗干扰、EMC部分
整体布局和布线部分
热设计部分
工艺处理部分
包括电气间隙(空间距离)、爬电距离(沿面距离)和绝缘穿透距离。
1.电气间隙:两个相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面沿空气测量的最短距离。
2电距离:两个相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面沿绝缘表面测量的最短距离。
1.爬电距离:输入电压50V-250V在保险丝前L—N≥2.5mm,输入电压250V-500V在保险丝前L—N≥5.0mm;输入电压50V-250V在保险丝前L—N≥1.7mm,输入电压250V-500V在保险丝前L—N≥3.0mm;以后可以不要求保险丝,但尽量保持一定距离,避免短路损坏电源;
2.直流部分一次侧交流≥2.0mm;
3.一次侧直流对地≥4.0mm如一次侧地面对大地;
一次侧对二次侧≥6.4mm,如光耦、Y电容等元器件的脚间间距≤6.4mm要开槽;
五、变压器两级间≥6.4mm以上,≥8mm加强绝缘。
在图二中 ,PCB驱动电阻R3应靠近Q1(MOS管道),电流取样电阻R4、C2应靠近IC1的第4Pin,如图所示,R应尽可能靠近操作放大器,以缩短高阻抗线。由于操作放大器的输入阻抗很高,很容易干扰。输出阻抗较低,不易干扰。长期相当于接收天线,容易引起外部干扰。
在图3A中排版时,R1、R二是靠近三极管Q1放置,因Q输入阻抗高,基极线路过长,易干扰,R1、R2不能远离Q1。
在图3的B中排版时,C2要靠近D2,因为Q如果二极管输入阻抗高,Q2至D线路太长,容易干扰,C2应移至D2附近。
二、小信号线尽量远离大电流线,避免平行,D>=2.0mm。
三、小信号线处理:尽量集中电路板布线,减少布板面积,提高抗干扰能力。
四、电流电路线路尽量减少包围面积。
例如:来自光耦的电流取样信号线和信号线
五、光电耦合器件,易干扰,应远离大电流布线、变压器、高电位脉动器件等强电场、强磁场器件。
六、多个IC等供电,Vcc、地线注意。
多点接地串联,相互干扰
1.尽量减少高频脉冲电流包围的面积,如下(图1、图2)
一般布板方式:
2.滤波电容应尽可能靠近开关管或整流二极管,如上图2所示。C1尽量靠近Q1,C3靠近D1等。
3.脉冲电流过的区域远离输入输出端子,使噪声源与输入输出口分离 。
图三:MOS因此,辐射能量直接作用于输入端,因此,EMI测试不通过。
图四:MOS管道、变压器远离入口,电磁辐射能量与输入端的距离增加,不能直接作用于输入端,因此EMI传导可以通过。
4.控制电路与功率电路分开,采用单点接地方式,如图5所示。
控制IC接地连接周围部件IC的地脚 ;然后从地脚到大电容地线 。接收光耦第三脚IC的第1 脚,第四脚接近IC的2脚上 。如图六。
5、 输出滤波电感可在必要时放置在地回路上。
6、 用多只ESR低电容并联滤波。
7、 用铜箔进行低感和低阻接线。相邻之间不应有太长的平行线。尽量避免垂直平行和交叉。线宽不应突变,线宽不应突然转角(即:≤直角)。(同一电流电路平行布线,可增强抗干扰能力)
1、尽可能缩短高频元器件之间连线,设法减少它们的分布参数和相互间电磁干扰,易受干扰的元器件不能和强干扰器件相互挨得太近,输入输出元件尽量远离。
2.某些部件或导线之间可能存在较高的电位差,应增加它们之间的距离,以避免意外短路。
散热器分布均匀,风路通风良好。
图1:散热器挡风,不利于散热;图2:通风良好,有利于散热
2、电容、IC与热元件(散热器、整流桥、续流电感、功率电阻)保持距离,避免受热。
3、电流环:为方便穿线,引线孔距离不宜过远或过近。
4.输入/输出,AC/插座应满足两条线的长度,并留有一定的空间。注意插头线扣的位置,插拔方便,输出线孔整齐,焊接好。
5.元件不能碰,MOS管道和整流管道的螺钉位置和压力条不得与其他元件接触,以简化装配过程中能简化电容和电阻与压力棒或螺钉接触。在布板时,可以首先考虑螺钉和压力棒的位置。如下图3所示:
6.除温开关、热敏电阻…对温度敏感的关键部件(如IC)发热元件应远离,发热较大的设备应与影响整机使用寿命的设备有一定距离。
7.对于电位器、可调电感、可变电容器、微动开关等可调元件的布局,应考虑整机的结构要求。如果机器内部调整,应放置在PCB板上方便调整的地方,如果机外调整,其位置应适应机箱面板上调整旋钮的位置。
8.印刷应留出PCB板定位孔支架占用的位置。
9.位于电路板边缘的部件离电路板边缘一般不少于2mm。
10、输出线、灯仔线、风扇线尽量一排,极性一致与面板对应。
11.一般布局:高压不接入小板,高压元件放在大板上。如有特殊情况,必须考虑安全规定。如图4所示R1、R2放在大板上,引入低压线。
12.保持初级散热器和外壳5mm上述距离(包麦拉片除外)。
13.布板时注意反面元件的高度 。如图五:
14.注意初级Y电容器和变压器磁芯的安全性。
1、根据电路流程安排各功能电路单元的位置,便于信号流通,尽可能保持信号方向一致 。
2.以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它进行布局。元件应均匀、整洁、紧凑地排列PCB尽量减少和缩短各部件之间的连接引线。
3.在高频下工作时,应考虑组件的分布参数。一般电路应尽可能平行排列组件,不仅美观,而且易于焊接和批量生产。
1.输入输出端使用的导线应尽量避免相邻平行,最好在线间添加地线,避免反馈莲藕。
2.接线宽度主要由导线与绝缘基板之间的粘附强度和流过其电流值决定。当铜箔厚度为50时μm,宽度为1mm时,流过1A温升不高于3℃,计算2盎司(700)μm)厚的铜箔,1mm宽可流通1.5A温升不高于3℃(注:自然冷却)。
3.输入控制电路、输出电流和控制部分的电气间隙宽度为:0.75mm--1.0mm(Min0.3mm)。原因是铜箔和焊盘过近容易引起短路,也容易引起电干扰的不良反应。
4、ROUTE电线拐角处一般采用弧形,高频电路中直角和锐角会影响电气性能。
5.根据线路电流的大小,电源线应尽源线的宽度,减少环路阻抗,同时使电源线、地线的方向与数据传输方向一致,减少包围面积,有助于提高抗噪声能力。
A:大多数散热器接地也采用单点接地,如下图所示:
更改前:多点接地形成磁场回路,EMI试验不合格。
更改后:单点接地无磁场回路,EMI测试OK。
7.滤波电容布线
A:过滤电容器完全过滤掉噪声和纹波。
B:当纹波电流太大时,多个电容并联,纹波电流经过第一个电容当纹波电流太大时,多个电容并联,纹波电流经过第一个电容产生的热量也比第二个、第三个多,很容易损坏,走线时,尽量让纹波电流均分给每个电容,走线如下图A、B如空间许可,也可用图B方式走线。
8、高压高频电解电容的引脚有一个铆钉,如下图所示,它应与顶层走线铜箔保持距离,并要符合安规。
9、弱信号走线,不要在电感、电流环等器件下走线。
电流取样线在批量生产时发生磁芯与线路铜箔相碰,造成故障。
10、金属膜电阻下不能走高压线、低压线尽量走在电阻中间,电阻如果破皮容易和下面铜线短路。
11、加锡:
A:功率线铜箔较窄处加锡;
B:RC吸收回路,不但电流较大需加锡,而且利于散热;
C:热元件下加锡,用于散热,加锡不能压焊盘。
12、信号线不能从变压器、散热片、MOS管脚中穿过。
13、如输出是叠加的,差模电感前电容接前端地,差模电感后电容接输出地。
14、高频脉冲电流流径的区域:
A:尽量缩小由高频脉冲电流包围的面积上图所标示的5个环路包围的面积尽量小。
B:电源线、地线尽量靠近,以减小所包围的面积,从而减小外界磁场环路切割产生的电磁干扰,同时减少环路对外的电磁辐射。
C:大电容尽量离MOS管近,输出RC吸收回路离整流管尽量近。
D:电源线、地线的布线尽量加粗缩短,以减小环路电阻,转角要圆滑,线宽不要突变如下图:
E:脉冲电流流过的区域远离输入输出端子,使噪声源和出口分离。
F:振荡滤波去耦电容靠近IC地,地线要求短。
15、锰铜丝立式变压器磁芯工字电感功率电阻散热片磁环下不能走第一层线。
16、开槽与走线铜箔要有10MIL以上的距离,注意上下层金属部分的安规。
17、驱动变压器,电感,电流环同各端要一致。
18、双面板一般在大电流走线处多加一些过孔,过孔要加锡,增加载流能力。
19、在单面板中,跳线与其它元件不能相碰,如跳线接高压元件,则应与低压元件保持一定安规距离。同时应与散热片要保持1mm以上的距离。
开关电源的体积越来越小,它的工作频率也越来越高,内部器件的密集度也越来高,这对PCB布线的抗干扰要求也越来越严,针对一些案例的布线,发现的问题与解决方法如下:
案例1是一款六层板,最先布局是元件面放控制部份,焊锡面放功率部份,在调试时发现干扰很大,原因是PWM IC与光耦位置摆放不合理,如:
如上图,PWM IC与光耦放在MOS管底下,它们之间只有一层2.0mm的PCB隔开,MOS管直接干扰PWM IC,后改进为:
将PWM IC与光耦移开,且其上方无流过脉动成份的器件。
功率走线尽量实现最短化,以减少环路所包围的面积,避免干扰。小信号线包围面积小,如电流环:
A线与B线所包面积越大,它所接收的干扰越多。因为它是反馈电A线与B线所包面积越大,它所接收的干扰越多。因为它是反馈电耦反馈线要短,且不能有脉动信号与其交叉或平行。
PWM IC芯片电流采样线与驱动线,以及同步信号线,走线时应尽量远离,不能平行走线,否则相互干扰。电流波形为:
PWM IC驱动波形及同步信号电压波形是:
小板离变压器太近,会导致小板上的半导体元件容易受热而影响。
每一块PCB上都必须用箭头标出过锡炉的方向:
布局时,DIP封装的IC摆放的方向必须与过锡炉的方向成垂直,不可平行,如下图;如果布局上有困难,可允许水平放置IC(SOP封装的IC摆放方向与DIP相反)。
布线方向为水平或垂直,由垂直转入水平要走45度进入。若铜箔入圆焊盘的宽度较圆焊盘的直径小时,则需加泪滴。布线尽可能短,特别注意时钟线、低电平信号线及所有高频回路布线要更短。
模拟电路及数字电路的地线及供电系统要完全分开。如果印制板上有大面积地线和电源线区(面积超过500平方毫米),应局部开窗口。如下图:
横插元件(电阻、二极管等)脚间中心,相距必须是300mil,400mil及500mil。(如非必要,240mil亦可利用,但使用与IN4148型之二极管或1/16W电阻上。1/4W电阻由10.0mm开始)跳线脚间中心相距必须是200mil,300mil,500mil,600mil,700mil,800mil,900mil,1000mil。PCB板上的散热孔,直径不可大于140mil。
PCB上如果有Φ12或方形12MM以上的孔,必须做一个防止焊锡流出的孔盖,如下图(孔隙为1.0MM)
在用贴片元件的PCB板上,为了提高贴片元件的贴装准确性,PCB板上必须设有校正标记(MARKS),且每一块板最少要两个标记,分别设于PCB的一组对角上,如下图:
贴片元件的间距:
贴片元件与电插元件脚之间的距离。如下面两图:
SMD器件的引脚与大面积铜箔连接时,要进行热隔离处理,如下图:
元件焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些,焊盘太大易形成虚焊,焊盘外径D一般不少于(d+1.2)mm,d为引线孔径,对高密度的数字电路,焊盘最小直径可取(d+1.0)mm,孔径大于2.5mm的焊盘适当加大。元件摆放整齐、方向尽量一致。
对于PCB板上的贴片元件长轴心线尽量与PCB板长轴心线垂直的方向排列、不易折断。
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