电源PCB全面分析设计过程和要点
一、 从原理图到PCB的设计流程
设计参数设置-手工布局-验证设计-CAM输出。
二、 参数设置
相邻导线的间距必须能够满足电气安全要求，并且为了便于操作和生产，间距应尽可能宽。最小间距应至少能够承受适当的电压。当布线密度较低时，可适当增加信号线间距。对于高低电平的信号线，应尽可能短，增加间距。一般来说，布线间距应设置为8mil。焊盘内孔边缘与印刷板边缘的距离应大于1mm，这样可以避免加工时焊盘缺损。当与焊盘连接的接线较细时，应将焊盘与接线之间的连接设计成水滴。优点是焊盘不易剥落，但接线与焊盘不易断开。
三、 元器件布局
实践证明，即使电路原理图设计正确，印刷电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如，如果印刷板的两条细平行线非常接近，则会形成信号波形延迟，并在传输线的终端形成反射噪声；由于电源和地线考虑不周到而造成的干扰会降低产品的性能。因此，在设计印刷电路板时，应注意正确的方法。每个开关电源都有四个电流电路：
(1)电源开关交流回路
(2)输出整流交流回路
(3)输入信号源电流回路
(4)输出负载电流回路输入回路
通过一个近似直流的电流对输入电容充电，滤波电容主要起到一个宽带储能作用；类似地，输出滤波电容也用来储存来自输出整流器的高频能量，同时消除输出负载回路的直流能量。因此，输入和输出滤波器电容器的接线端非常重要，输入和输出电流电路应仅从滤波器电容器的接线端连接到电源；如果输入/输出电路与电源开关/整流电路之间的连接不能直接连接到电容器的接线端，则输入或输出滤波器电容器并辐射到环境中。
电源开关交流电路和整流器的交流电路包括高梯形电流。这些电流具有较高的谐波成分，其频率远大于开关基频。峰值范围可高达连续输入/输出直流电流范围的5倍。过渡时间通常约为50ns。这两个电路最容易产生电磁干扰，因此这些交流电路必须在电源中其他印刷线路布线前布置。每个电路的三个主要元件应相邻放置滤波电容器、电源开关或整流器、电感器或变压器，调整元件位置，使其之间的电流路径尽可能短。
建立开关电源布局的最佳方电源布局的最佳方法如下：
1.放置变压器
2.设计电源开关电流回路
3.设计输出整流器电流回路
4.连接到交流电源电路的控制电路
设计输入电流源电路和输入滤波器 设计输出负载回路和输出滤波器根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：
(1)
首先要考虑PCB尺寸大小。PCB当尺寸过大时，印刷线长，阻抗增加，抗噪能力降低，成本增加；散热不好，相邻线容易干扰。电路板的最佳形状为矩形，长宽比为3：2或4：3。位于电路板边缘的部件通常不小于2mm。
(2) 放置设备时，考虑以后的焊接，不要太密集。
(3) 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， 排列整齐紧凑PCB尽量减少和缩短各部件之间的引线和连接，
去耦电容应尽可能靠近设备VCC
(4) 在高频下工作的电路应考虑组件之间的分布参数。一般电路应尽可能平行排列组件。这样，不仅美观，而且易于焊接，易于批量生产。
(5) 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。
(6) 布局的主要原则是保证布线的布通率，移动器件时注意飞线的连接，将有连线关系的器件放在一起。
(7) 尽可能地减小环路面积，以抑制开关电源的辐射干扰。
四、布线
开关电源包含高频信号，PCB任何印刷线都能起到天线的作用，印刷线的长度和宽度会影响其阻抗和感抗，从而影响频率响应。即使是通过直流信号的印刷线也会从相邻的印刷线耦合到射频信号，造成电路问题(甚至再次辐射干扰信号)。因此，所有通过交流电流设计的印刷线应尽可能短和宽，这意味着所有连接到印刷线和其他电源线的部件必须放置得非常近。
印刷线的长度与电感和阻抗成正比，宽度与印刷线的电感和阻抗成反比。长度反映了印刷线响应的波长。长度越长，印刷线发送和接收电磁波的频率越低，辐射的射频能量就越多。根据印刷电路板电流的大小，尽量增加电源线的宽度，降低环路电阻。
同时，使电源线和接地线的方向与电流方向一致，有助于提高抗噪声能力。接地是开关电源四个电流电路的底支路，作为电路的公共参考点起着非常重要的作用，是控制干扰的重要途径。因此，在布局中应仔细考虑接地线的放置，各种接地混合会导致电源工作不稳定。
在地线设计中应注意以下几点 ：
1.正确选择单点接地。通常，滤波电容器的公共端应该是其他接地点耦合到大电流交流点的唯一连接点。同级电路的接地点应尽可能靠近，同级电路的电源滤波电容器也应连接到同级接地点，主要考虑电路各部分回流到地面的电流发生变化，因为实际流过线路的阻抗会导致电路各部分电位发生变化并引起干扰。在本开关电源中，其布线与设备之间的电感影响较小，接地电路形成的环流对干扰影响较大，因此采用一点接地电源开关电流电路
（几个设备的接地线连接到接地脚，输出整流器电流电路的几个设备的接地线也连接到相应的滤波电容器接地脚，使电源工作稳定，不易自我激励。当不能达到单点时，连接两个二极管或一个小电阻，事实上，连接到一个相对集中的铜箔。
2、 尽量加粗接地线
如果接地线很薄，接地电位会随着电流的变化而变化，导致电子设备的定时信号电平不稳定，抗噪性能差。因此，为了确保每个大电流的接地端都使用尽可能短和宽的印刷线，并尽可能宽的电源和接地线宽度。最好是接地线比电源线宽。它们的关系是：接地线>电源线>信号线。如有可能，接地线宽度应大于3mm，也可用大面积铜层作地线用，将未使用的地方连接到印刷板上作为地线。全局布线时，必须遵循以下原则
开关电源PCB设计技巧和电气安全规范
（1）接线方向：从焊接表面来看，元件的布置方向应尽可能与原理图一致，接线方向应与电路图接线方向一致。由于在生产过程中通常需要对焊接表面的各种参数进行测试，便于生产中的检查、调试和维护（注：在满足电路性能和整机安装和面板布局要求的前提下）。
布线方向：从焊接表面来看，元件的布置方向应尽可能与原理图一致，布线方向应与电路图的布线方向一致。由于焊接表面通常需要检测各种参数，便于检查、调试和维护（注：在满足电路性能和整机安装和面板布局要求的前提下）。
(2)设计布线图时，布线应尽量少转弯，印刷弧上的线宽不应突变，导线角应≥90度，力求线条简洁明了。
(3)印刷电路中不允许有交叉电路，可以通过钻、绕两种方式解决可能的交叉线。也就是说，让导线从其他电阻、电容器和三极管脚下的间隙钻，或者从可能交叉的导线的一端绕。在特殊情况下，如何使电路非常复杂。为了简化设计，还允许使用导线跨接，以解决交叉电路问题。由于采用单面板，直插元件位于top表面，表贴装置位于bottom因此，在布局时，直插装置可与表贴装置重叠，但应避免焊盘重叠。
3.输入地和输出地本开关电源低压DC－DC，为了将输出电压反馈回变压器的初级水平，两侧的电路应具有共同的参考位置，因此在两侧的地线分别铺设铜后，应连接在一起形成共同的位置。
五、间距
对于高压产品，必须考虑线间距。当然，最好满足相应的安全要求，但大多数时候，对于不需要认证或不能满足认证的产品，间距取决于经验。
有多宽？必须考虑生产是否能保证板面清洁、环境湿度等污染。
即使市电输入能保证板面清洁密封，MOS管道泄漏极间接近600V，小于1mm其实也比较危险！
六、板边部件
在PCB放置边缘的贴片电容器或其他易损坏的设备时必须考虑PCB分板方向，如图所示，当各种放置方法时，对比器件受到的应力大小。
七、环路面积
无论是输入还是输出、功率环还是信号环，都应尽可能小。电磁场的功率环发射会导致较差EMI特性或较大的输出噪声；同时，如果被控环接收，很可能会引起异常。
另一方面，如果功率环路面积较大，其等效寄生电感也会增加，可能会增加漏极噪声峰值。
八、关键线路
因di/dt 功能必须减少动态节点处的电感，否则会产生强电磁场。要减少电感，主要是减少布线长度，增加宽度。
九、信号线
对于整个控制部分，在布线时应考虑远离功率部分。由于其他限制，控制线不应与功率线并行，否则可能导致电源工作异常和冲击。
另外，如果控制线很长，以后应该靠近一对线，或者把两者放在一起PCB两面并对，以减少其环路面积，避免被电磁场干扰。如图2所示A、B两点之间，正确和错误的信号线布线方法。
十、铺铜
有时铺铜是完全不必要的，甚至应该避免。如果铜面积足够大，电压不断变化，一方面可以作为天线辐射电磁波；另一方面，它很容易拾起噪音。
通常只允许在静态节点铺铜，比如在输出端地面节点铺铜，可以等效增加输出电容，过滤掉一些噪声信号。
十一、映射
对于一个回路，它可以在PCB铺铜的一面，会根据PCB另一边的布线自动映射，以减少电路的阻抗。这就像一组阻抗并联，电流自动选择阻抗最小的路径。
事实上，铜可以在控制部分电路的一侧连接，而铜可以在另一侧面对地面节点铺设，两面通过孔连接。
十二、输出整流二极管
输出整流二极管若离输出端比较近，不应将其与输出平行放置。否则二极管处产生的电磁场将穿入电源输出与外接负载形成的环路，使测得的输出噪声增大。
十三、地线
地线布线必须非常小心，否则可能会造成EMS、EMI性能和其他性能变差。对于开关电源PCB地，至少要做到以下两点：功率地和信号地，应单点连接；不应有存在地环路。
十四、Y电容
输入输出通常与Y电容器连接，有时由于某些原因，可能无法悬挂输入电容地上，此时切记，一定要接在静态节点，如高压端。
十五、其他
实际电源PCB设计时，可能还要考虑其他一些问题，例如“压敏电阻应紧靠被保护电路”、“共模电感应增加放电齿”、“芯片VCC供电处应增加瓷片电容”等等。另外，是否需特殊处理，如铜箔、屏蔽等，在PCB设计阶段也是需要考虑的。
有时往往会遇到多个原则相互冲突的情况，满足其中一个就满足不了其他的，这是需要工程师应用已有的经验，根据实际项目需求，确定最合适的布线了！
十六、检查
布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，一般检查线与线、线与元件焊盘、线与贯通孔、元件焊盘与贯通孔、贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。
电源线和地线的宽度是否合适，在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。注意：
有些错误可以忽略，例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外，检查间距时会出错；另外每次修改过走线和过孔之后，都要重新覆铜一次。
复查根据“PCB检查表”，内容包括设计规则，层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置，还要重点复查器件布局的合理性，电源、地线网络的走线，高速时钟网络的走线与屏蔽，去耦电容的摆放和连接等。
十七、 设计输出
输出光绘文件的注意事项：
a. 需要输出的层有布线层(底层) 、丝印层(包括顶层丝印、底层丝印)、阻焊层(底层阻焊)、钻孔层(底层)，另外还要生成钻孔文件(NC
Drill)
b. 设置丝印层的Layer时，不要选择Part Type，选择顶层(底层)和丝印层的Outline、Text、Line。
c. 在设置每层的Layer时，将Board Outline选上，设置丝印层的Layer时，不要选择Part
Type，选择顶层(底层)和丝印层的Outline、Text、Line。
d. 生成钻孔文件时，使用PowerPCB的缺省设置，不要作任何改变。
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