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今天給大家分享的是開關(guān)電源PCB設(shè)計(jì)、230V AC至5V DC2A電源的PCB設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

(資料圖)

電源是為電子設(shè)備提供電壓和電流水平的重要部件，在使用家用電源操作電子電路時(shí)，大部分時(shí)候我們需要將較高的交流電壓輸入轉(zhuǎn)換為較低的直流電壓，并根據(jù)輸入和負(fù)載波動(dòng)調(diào)節(jié)輸出值。

這里主要是230V AC至5V DC 2A電源的PCB設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，這可能是一個(gè)非常有用的設(shè)計(jì)，相當(dāng)于10W USB手機(jī)充電器。

一、開關(guān)電源PCB 設(shè)計(jì)組成部分

整個(gè)電路可以分為以下幾個(gè)部分：

1、帶浪涌和過流保護(hù)的輸入（R1、U2）：R1 MOV 充當(dāng)輸入浪涌保護(hù)器，通過自身傳遞浪涌電流，U2 保險(xiǎn)絲用于電路內(nèi)的故障保護(hù)。

2、整流部分（D1）：橋式二極管將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。

3、共模 EMI 抑制濾波器（C1、CM、C2）：通過CM 共模扼流圈抑制共模噪聲。

4、驅(qū)動(dòng)和開關(guān)電路（U1、C3）：開關(guān)元件（MOSFET）和MOSFET驅(qū)動(dòng)電路。

5、鉗位和欠壓保護(hù)：（鉗位：D2, D3；欠壓：R2, R3）

6、輸入-輸出電流隔離 ：(T1)：將輸入與輸出隔離

7、整流和緩沖電路：（整流：D6，緩沖：R8，c4）

8、輸出濾波器：（C6、C7、L2）

9、反饋電路：（U6、U10、R6、R7、R9、R10）：從輸出反饋到穩(wěn)壓部分。

開關(guān)電源 PCB 設(shè)計(jì)

這里使用了一個(gè)簡單的開關(guān)電源電路，該電路使用TNY286 開關(guān) IC，其中包含 MOSFET 和 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器以及內(nèi)部的一些其他安全功能。

二、為什么 PCB設(shè)計(jì)如此重要？

大多數(shù)電子電路包含微控制器或邏輯設(shè)備，它們應(yīng)該在可靠的電壓水平下工作。為了實(shí)現(xiàn)這種可靠性，不僅具有正確計(jì)算的原理圖設(shè)計(jì)，而且PCB 設(shè)計(jì)對(duì)于實(shí)現(xiàn)預(yù)期結(jié)果也起著至關(guān)重要的作用。

由于這種開關(guān)模式設(shè)計(jì)包含一些具有高頻開關(guān)電流的部分，因此采用適當(dāng)?shù)?PCB 設(shè)計(jì)來消除輸出的電磁干擾變得更加重要。讓我們來看看以下主題下描述的 PCB 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

PCB頂層圖

PCB底層圖

三、開關(guān)電源 PCB 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1、高壓直流走線分離

由于高頻開關(guān)，在開關(guān)電源中承載高壓直流電的走線會(huì)給信號(hào)線增加更多的噪聲。因此，這些線需要與信號(hào)線分開。在這個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中，直接從整流器到變壓器的線路必須分開。最好使用電路板切口將這些線分開，將高壓線和信號(hào)線更改為不同的層也是一個(gè)好的習(xí)慣。

突出顯示的跡線是使用電路板切口的分離電源線

2、開關(guān)走線分離

開關(guān)電源包含MOSFET 和驅(qū)動(dòng)器等功率元件，它們起著轉(zhuǎn)換器的主要作用。當(dāng)它們處于開關(guān)動(dòng)作時(shí)，它們會(huì)向維持輸出調(diào)節(jié)過程的信號(hào)線貢獻(xiàn)大量噪聲。在此設(shè)計(jì)中，MOSFET 和 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器集成到單個(gè) TNY268PN IC 封裝中。

你可以使用不同的層或電路板切口將反饋或其他信號(hào)線與這些線路分開。從 IC 的漏極引腳引出的線路是高頻開關(guān)線路，該線路已使用物理電路板切口分開，如下圖所示。

MOSFET 漏極引腳的開關(guān)輸出與電路板切口分開

3、縮短長度并分離反饋?zhàn)呔€

反饋線測量輸出部分的電壓或電流，這條線即使對(duì)于很小的變化也非常敏感。因此，嘈雜的電源線或開關(guān)線必須與反饋線分開。除此之外，保持反饋跡線的長度較短并避免不必要的更高寬度可以提高輸出質(zhì)量。

盡可能縮短反饋線的長度

4、相應(yīng)地為電源跡線分配寬度

當(dāng)涉及到電源設(shè)計(jì)或任何其他具有高電流消耗組件的設(shè)計(jì)時(shí)，PCB 上銅走線的寬度是一個(gè)重要的考慮因素。有一個(gè)最大電流可以通過走線，具體取決于以下因素。

銅層厚度（通常以盎司為單位）

銅走線的寬度

痕跡的溫度

你可以使用以下公式計(jì)算最大載流能力：

面積 =（厚度 x 寬度 x 1.378）

Max_current = (kx (Temp_rise^b)) x (Area^c)

其中：k、b、c 是常量，

根據(jù)導(dǎo)電材料要求，內(nèi)層的值如下：k = 0.048 b = 0.44 c = 0.725。

通常，承載大電流的跡線需要比承載信號(hào)的跡線具有更大的寬度。在進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠?jì)算后，如果你知道每條跡線的最大電流，則可以分配這些寬度。在此開關(guān)電源PCB 設(shè)計(jì)中，保留了比反饋和其他信號(hào)線更寬的高壓輸入線和高載流輸出直流線。

較大的寬度用于承載較大電流的走線

較大的寬度用于承載較大電流的走線（例如：電源走線）和較小的寬度用于承載小電流的走線（例如：信號(hào)線）。

5、在輸入/輸出附近放置去耦電容

添加濾波電容是任何電源中的另一個(gè)重要部分，用于消除開關(guān)電源和交流電源中的高頻噪聲分量。根據(jù)設(shè)計(jì)，輸入和輸出都可以包含濾波電容。它們必須放置在靠近 IC 的輸入或輸出連接器或信號(hào)引腳的位置。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，在驅(qū)動(dòng)器之前放置了輸入濾波電容，C3 電容和 C7 輸出濾波電容。

輸入濾波電容放置在驅(qū)動(dòng)IC附近，輸出電容放置在輸出端口附近

6、變壓器焊盤和電感焊盤之間的分離

對(duì)于 AC-DC 開關(guān)電源電路，輸入與輸出的分離由變壓器通過提供電流隔離來完成。它還減少了開關(guān)輸出的紋波。PCB 中此變壓器的初級(jí)和次級(jí)焊盤之間必須有足夠的距離才能獲得更好的效果。因此，最好有物理 PCB 板切口或良好的分離，如下圖 PCB 所示。

連接到開關(guān)輸出端的電感在電路的輸出側(cè)也起著重要作用。在電感焊盤之間布置任何走線并不是一個(gè)好的做法，因?yàn)檫@些走線在高頻電流通過電感時(shí)可能會(huì)受到 EMI 的影響。

在變壓器焊盤之間放置電路板切口，不要清潔電感焊盤之間的信號(hào)線

在變壓器焊盤之間放置電路板切口，不要清潔電感焊盤之間的信號(hào)線。

7、地平面分離

當(dāng)涉及在帶有反饋信號(hào)的電源 PCB 中添加銅區(qū)（覆銅）時(shí)，特別是通過覆銅連接接地路徑時(shí)，你可能需要注意避免接地反彈。接地反彈是由于許多外部因素（如相鄰開關(guān)元件）導(dǎo)致的具有跳動(dòng)電壓圖的電路的接地參考值的偏差。

示波器上的接地反彈圖

即使開關(guān)電源的接地連接對(duì)于電氣連接中的整個(gè)電路都是相同的，它也可以分為兩條路徑，即承載較高電流和較高噪聲分量的電源接地和承載較低電流以用于反饋和調(diào)節(jié)過程的模擬接地。如果你希望將覆銅添加到地平面，最好添加分離的地平面以避免從電源地到模擬地的噪聲。

底層放置了電源地

頂層放置了模擬地

這里在底層放置了電源地，在頂層放置了模擬地。你可以根據(jù)電路的性質(zhì)將這些東西用于其他應(yīng)用程序，以達(dá)到更好的效果。

審核編輯：湯梓紅