开关电源PCB设计技巧和电气安全规范Word格式文档下载.docx
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由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，因此，在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法。
每一个开关电源都有四个电流回路：
（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。
所以，输入和输出滤波电容的接线端十分重要，输入及输出电流回路应分别只从滤波电容的接线端连接到电源；
如果在输入/输出回路和电源开关/整流回路之间的连接无法与电容的接线端直接相连，交流能量将由输入或输出滤波电容并辐射到环境中去。
电源开关交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形电流，这些电流中谐波成分很高，其频率远大于开关基频，峰值幅度可高达持续输入/输出直流电流幅度的5倍，过渡时间通常约为50ns。
这两个回路最容易产生电磁干扰，因此必须在电源中其它印制线布线之前先布好这些交流回路，每个回路的三种主要的元件滤波电容、电源开关或整流器、电感或变压器应彼此相邻地进行放置，调整元件位置使它们之间的电流路径尽可能短。
建立开关电源布局的最好方法与其电气设计相似，最佳设计流程如下：
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
设计输入电流源回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尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；
过小则散热不好，且邻近线条易受干扰。
电路板的最佳形状矩形，长宽比为3：
2或4：
3，位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。
（2放置器件时要考虑以后的焊接，不要太密集.
（3以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。
元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接,去耦电容尽量靠近器件的VCC
（4在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。
一般电路应尽可能使元器件平行排列。
这样，不但美观，而且装焊容易，易于批量生产。
（5按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。
（6布局的首要原则是保证布线的布通率，移动器件时注意飞线的连接，把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
开关电源中包含有高频信号，PCB上任何印制线都可以起到天线的作用，印制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制线也会从邻近的印制线耦合到射频信号并造成电路问题（甚至再次辐射出干扰信号。
因此应将所有通过交流电流的印制线设计得尽可能短而宽，这意味着必须将所有连接到印制线和连接到其他电源线的元器件放置得很近。
印制线的长度与其表现出的电感量和阻抗成正比，而宽度则与印制线的电感量和阻抗成反比。
长度反映出印制线响应的波长，长度越长，印制线能发送和接收电磁波的频率越低，它就能辐射出更多的射频能量。
根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。
同时、使电源线、地线的走向和电流的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。
接地是开关电源四个电流回路的底层支路，作为电路的公共参考点起着很重要的作用，它是控制干扰的重要方法。
因此，在布局中应仔细考虑接地线的放置，将各种接地混合会造成电源工作不稳定。
在地线设计中应注意以下几点：
1.正确选择单点接地通常，滤波电容公共端应是其它的接地点耦合到大电流的交流地的唯一连接点，同一级电路的接地点应尽量靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上，主要是考虑电路各部分回流到地的电流是变化的，因实际流过的线路的阻抗会导致电路各部分地电位的变化而引入干扰。
在本开关电源中，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而采用一点接地，即将电源开关电流回路（中的几个器件的地线都连到接地脚上，输出整流器电流回路的几个器件的地线也同样接到相应的滤波电容的接地脚上，这样电源工作较稳定，不易自激。
做不到单点时，在共地处接两二极管或一小电阻，其实接在比较集中的一块铜箔处就可以。
2.尽量加粗接地线若接地线很细，接地电位则随电流的变化而变化，致使电子设备的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏，因此要确保每一个大电流的接地端采用尽量短而宽的印制线，尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：
地线＞电源线＞信号线，如有可能，接地线的宽度应大于3mm，也可用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。
进行全局布线的时候，还须遵循以下原则参考图：
（1.
布线方向：
从焊接面看，元件的排列方位尽可能保持与原理图相一致，布线方向最好与电路图走线方向相一致，因生产过程中通常需要在焊接面进行各种参数的检测，故这样做便于生产中的检查，调试及检修（注：
指在满足电路性能及整机安装与面板布局要求的前提下）。
布线方向：
（2.设计布线图时走线尽量少拐弯，印刷弧上的线宽不要突变，导线拐角应≥90度,力求线条简单明了。
（3.印刷电路中不允许有交叉电路，对于可能交叉的线条，可以用“钻”、“绕”两种办法解决。
即让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去，或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去，在特殊情况下如何电路很复杂，为简化设计也允许用导线跨接，解决交叉电路问题。
因采用单面板，直插元件位于top面，表贴器件位于bottom面，所以在布局的时候直插器件可与表贴器件交叠，但要避免焊盘重叠。
3．输入地与输出地本开关电源中为低压的DC－DC，欲将输出电压反馈回变压器的初级，两边的电路应有共同的参考地，所以在对两边的地线分别铺铜之后，还要连接在一起，形成共同的地
五、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。
六、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（NCDrill）
b.设置丝印层的Layer时，不要选择PartType，选择顶层（底层）和丝印层的Outline、Text、Line。
c.在设置每层的Layer时，将BoardOutline选上，设置丝印层的Layer时，不要选择PartType，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。
关于接地的探讨
接地是电路设计中最基础的内容，但又是几乎没人说得清的，几乎每次的培训和交流都会有人问到“老师，有没有一种通用的接地方法可以参考啊？
”如果想知道这个问题的答案，请继续耐着性子读下去。
我先给出一个斩钉截铁的答案：
“没有”。
那咋办呢，我们总不能像中国的厨师一样，教徒弟炒菜时，用到的配料都是“少许”“颜色微黄”“微焦”等感觉性词语吧，当然不是。
为了更好的明了接地的技巧方法，下文中将不再讲究任何的文字技巧，而是一针见血的道出接地问题的本质来。
接地方式←接地目的←接地的功能，所以采取哪种接地方式，要看地是哪类地，这类地的作用目的是什么，这两个问题解决了，接地方式则可水到渠成。
接地的目的决定了接地方式。
同样的电路，不同的目的，可能都要采取不同的接地方式。
这个观点一定记住。
比如同样的电路，用在便携设备上，静电累积泄放不掉，接地的目的是地电位均衡；
用在不可移动的设备上，一般会有安全接地措施，对静电泄放的接地目的是导通阻抗足够低，尤其是对于尖峰脉冲的高频导通阻抗。
一下讲解地的注意事项分成几个独立的观点分别介绍，每一条的内容虽然简单，建议一定反复读上N遍，象面对一杯好茶，让心跳在60bpm以下的状态，细细的品，感觉其中的美感和内涵。
然后才可能从简单的词语中悟出深刻的道理来。
1、从性能分，接地分成四类：
安全接地、工作接地（数字地、模拟地、功率器件地）、防浪涌接地（雷击浪涌、上电浪涌）、防静电接地。
前文书中讲过，“接地的目的决定了接地方式”，目的即指其实现的功能。
基本上所有的接地都可以归结到这四类里面来。
每个接地前都要先明确该接地属于哪一种。
2、接地追求的目标是地阻抗低、地稳定、地均衡。
地阻抗低很好理解，用粗的线缆即可，但有一个问题一定不能忽视，比如我通过一个大电感接地了，如果地线上跑的地电流的波动频率是0.00000001Hz，这个大电感的感性效应表现得就很不明显，等同于直接接地了，但如果波动电流是1000000Hz的话，感抗=jωL=j2πfL，就显得很大了，这种情况下，相当于高频接地很差。
各位看官可能会说了，你胡来吧你，谁会用个大电感接地呢，第一是在某种状态下会有这种方式的，第二是即使不这样接个电感，普通电缆的走线电感在高频下也是不容忽视的。
总结为一句话，低频接地≠高频接地。
即低阻抗的接地要分析是属于高频还是低频的接地。
地稳定是比较好理解的，一般来说，接地阻抗足够低的话，地电流泻放容易，且不会在底线上产生啥子压降，就如一个超大的电容，电荷的海洋，具有无限宽广的胸怀，多少进来都波澜不惊。
地均衡比较容易被忽视，对于一个信号来说，有用部分是两条线上的压差，如果地线漂移了，两条线上对地线的压差同等的上升或下降，即差模电压值维持不变，共模电压发生变化，其实电路功能是照常实现的。
就像水涨船高，您比我高3cm，站在船上，船上浮了，您依然还是高我3cm。
这种情况在静电防护的时候常用到，一个静电脉冲通过空气打到电路板上，针对局部的电路，距离远近的不同，肯定会导致产生静电感应的压差。
这时候用一块金属板隔一下的话，即使该金属板浮空，对金属板后面的电路板来说，感应的将是均匀的电场，虽然感应干扰仍然存在，但起码电路上是基本均衡的。
当然如果此金属板接地更好啦。
当然共模电压一般不会维持住，因为传输线的阻抗不均匀，往往会转成差模电压干扰，地均衡的问题最好不要让我们面对，但没办法的时候，如浮地设备，不得不受到静电冲击的电路板，防护时候要考虑地均衡问题。
3、共地阻抗耦合干扰
共地阻抗耦合干扰是接地里面每天都要面对的核心问题，并且几乎逃避不开。
就像电影院里散场的时候，你从最里头的一号厅出来，没几个人，走来很通畅，突然二号厅也散场了，一下子通道就拥挤了，再继续前行，坏了，三号厅正在放观众入场，一下子，人流就波动起来了。
这和共地阻抗是一个原理，通道相当于地线，人相当于电流。
如果一、二、三号厅流动的人差不多，相互之间影响不太大，但如果3号厅是大厅，人员是一、二号厅的好多倍，那进出三号厅的人员将会对一、二号厅人员流动速度的影响很大。
一、二、三号艇的客人都要走过的这段路就成了共地阻抗。
以下图为例，图1中，RAB段的电阻就是共地阻抗部分，流过这段的地电流Io、Ia、Id三部分在这段会相互影响；
如果这三个电流差别较大，差出了1-2个数量级的话，相互之间的影响就不可以忽视了，尤其是某个弱地电流支路是用于定量测量、放大或AD转换电路的时候；
图2则把Id对另外两个之路的影响隔离掉了；
图3则是三个地电流全部分别隔离了。
4、较通用型的接地方法
这个标题用了个“较”字，是有原因的，因为通用的接地方法根本不存在，这只是个基础的模型，真正使用中的时候，还需要结合实际情况灵活变通处理，就像语言，同样一句话“你讨厌”，用不同语气讲出的时候，传递的信息可是千差万别。
基本思路是，在设计上，把安全保护地、工作数字地、工作模拟地、工作功率地、雷击浪涌地、屏蔽地先确保各自独立的单独连接，最后在系统联调的时候，再根据各地之间要解决的问题，即根据接地的目的，将这几个地按照下列的之间的联接方式处理下，连接方式包括：
a地——地间黄绿导线直联
这种接法最好理解，就是简单的使两个地可靠的低阻抗导通。
但切记，此种接法仅限于中低频信号电路地之间的接法。
因为这类导线上有一定的走线电感和走线电阻，对高频波动地电流，在电感作用下，电缆起到的是大阻抗的作用，相当于低频接地，高频下大阻抗接地了，基本不能实现高频下的可靠导通。
b地——地间宽扁平电缆直联
扁平电缆主要是解决上面导线直联不能解决的问题，静电测试工作台的接地电缆不用直线就是这个道理，它在高频下可以实现地阻抗对地导通。
c地——地间大电阻连接
大电阻的特点是一旦电阻两端出现压差，就会产生很弱的导通电流，把地线上电荷泻放掉之后，最终实现两端的压差=0V，这个特点在希望电荷泻放，但又不希望快速泻放的时候，会表现得淋漓尽致。
生产工作现场的防静电台垫，导通电阻一般是106-109欧，就是这个目的。
防静电台垫相当于是工作电路板的地与保护大地间的大电阻。
c地——地间电容连接电容的特性是直流截止，交流导通，对希望实现这类功能的场合可以考虑采取此方法。
比如一个开关电源供电的产品，外壳和保护接地连接，里面的电路板上的地有杂乱波动干扰，但又无处泻放的话，在24V、12V、5V等的直流电源地与保护接地间跨接大电容，波动可以被泻放掉，但直流成分能保证是较稳的；
注意，这种情况下，保护地和外壳地的稳定不能保证的话，效果可能会适得其反欧。
d地——地间磁珠连接
在这里，磁珠的特性需要明确一下，很多工程师经常把磁珠与电感划等号，这是根本性错误。
磁珠等同于一个随频率变化的电阻，它表现的是电阻特性，是耗损性质的；
电感则是储能性质的，相当于销峰填谷。
所以跨接磁珠的地之间一般是有快速小电流波动的状态，因为磁珠会饱和，电流太大了，它消耗不了。
一般用在弱信号的地——地之间。
e地——地间电感连接
电感具有抑制电路状态变化的特性，通过电感的连接，可以销峰填谷，对于有较大电流波动的地——地，跨接电感可以解决这个问题。
f地——地间小电阻连接
小电阻要解决的问题是增加了一个阻尼，阻碍地电流快速变化的过冲，在电流变化时候，使冲击电流上升沿变缓，相当于晶振输出端、总线输出端为减少过冲振铃的匹配电阻。
5、安全地、防雷击浪涌接地的接法
因为雷击浪涌、安全地的电流一般会远大于信号电流对人的危害，这两个接地建议分别单独接到大地，在真正的大地处单点相接，尤其是防雷击接地。
这篇文章耗时大约月余，各种思路一直盘旋于心，却有无从做起，在我的身上，也印证了接地这个问题与我们的关系，最熟悉又最陌生，最简单又最复杂，最易上路又最难达到终点。
希望通过粗浅的总结，为我们浮在云里雾端的接地设计提供一个落地的云梯，使接地的设计真正能接到地气上来。
网友的理解：
地线，在电气（Eletrical）和电子（Electronic两个不同的理解中有较大的差异性。
以汽车电子为例：
1.以前我涉及的车身电子（BCM等）几乎都是谈的是ElectronicGround，这里的地线通常是指信号的返回路径。
一个模块的总的地线，无论分成一个引脚还是两个引脚，都是通过车身配置后连接至电池的负极和大地的。
因此在模块内部的分地和地线策略更多的都是集中于处理不同的信号经由不同的路径返回的时候的处理。
涉及的问题大部分都集中于低阻抗的返回路径，不能使不同的信号在返回环节上出现干扰。
在这个细节处理上，才会衍生出功率地线，模拟地线，数字地线和浪涌地线等不同的功能，这几乎都是针对避免共地阻抗耦合干扰。
不同频率，类型和电流的信号沿着同一个返回路径回去，总是能产生一些意想不到的问题的。
因为电压是个相对的概念，如果正级不变的情况下，地线出现波动，那么压差就会变化，这是所有的微弱信号采集和调理中都会关注的问题。
更为关键的是电路板上存在着大大小小的寄生参数和等效的电阻，这些电阻和寄生的电容和电感会加剧这个现象。
武老师谈的地线连接的方法，也正是在将每个IC和其不同信号返回路径隔离后进行的桥接。
如果不考虑这一点则会造成彼此的独立和偏移的问题。
2.高压模块，比如DC-DC和逆变器模块。
里面就涉及到了安全地的问题。
电气地一般都是将大地作为模块的接地参考点，其目的主要有三个方面：
1）安全地也称保护地，将模块正常运行时不带电的金属外壳和接地装置之间作良好的电气连接，形成一个低阻抗的回路，这是防范在较高电压下如果绝缘出现问题（环境影响确实会影响电流泄漏），因此采用保护地来保护人员安全而设置的一种接线方式。
当人体触及到外壳已带电的电气设备时，由于接地体的接触电阻远小于人体电阻，绝大部分电流经接地体进入大地，只有很小部分流过人体，不致对人的生命造成危害。
2）防静电接地，泄放模块上所积累的电荷，避免电荷积累使外部悬空的电位升高，造成电路工作的不稳定，这不仅仅是考虑模块内部的地线也需要考虑模块的外壳上累积的电荷。
3）屏蔽地，避免在外界电磁环境的作用下使模块对大地的电位发生变化，产生很多的不期望出现的干扰和电荷。
电源变压器的比较
一、变压器的制作中，线圈的机器绕制和手工绕制各有什么优缺点?
机器绕制变压器的优点是效率高且外观成形漂亮，但绕制高个子小洞眼的环型变压器却比较麻烦，而且在绝缘处理工艺的可靠性方面反不如手工绕制到位。
手工绕制可以将变压器的漏磁做得非常小，其在绕制过程中能针对线圈匝数的布局随时予以调整，所以真正的Hi–END变压器一定是纯手工绕制，纯手工绕制的唯一缺点是效率低、速度慢。
二、环型、EI型、R型、C型几种电源变压器哪一种最好?
它们各有其优缺点而不存在谁最好之说，所以严格来讲哪一种变压器都可以做得最好。
从结构上来讲，环型能够做到漏磁最小，但声音听感方面EI型则可以把中频密度感做得更好一些。
单就磁饱和而言，EI型要比环型强，但在效率上则环型又优于EI型。
尽管如此，其问题的关键还是在于你能不能扬长避短而将它们各自的优点充分发挥出来，而这才是做好变压器的最根本。
目前的进口放大器中，环型变压器的应用仍然是主流，这基本说明了一个问题。
发烧友对变压器的*价要客观公正，你不能拿一个没做好的东西作参考而说它不好。
有人说环型变压器容易磁饱和，那你为什么不去想办法把它做到不容易磁饱和?
而原本通过技术手段是可以做到这一点的。
不下足功夫或者一味地为了省成本，那它当然就容易磁饱和了。
同理，只要你认真制作，EI型变压器的效率也是能做到很高的。
变压器的品质好坏对声音的影响很大，因为变压器的传输能量与铁芯、线圈密切关联，其传递速率对声音的影响起决定性作用。
像EI型变压器，人们通常觉得它的中频比较厚，高频则比较纤细，为什么呢?
因为它的传输速度相对比较慢。
而环型呢?
低频比较猛，中高频则又稍弱一点，为什么?
因为它传输速度比较快，但是如果通过有效的结构改变，你就可以把环型和EI型都做得非常完美，所以关键还是要看你怎么做。
不过至少可以肯定一点的是，R型变压器不是太容易做好。
用它来做小电流的前级功放和CD唱机电源还可以，如果用来做后级功放的电源，则有比较严重的缺陷。
因为R型变压器本身的结构形式不太容易改变，而环型和EI型则相对容易通过改变结构来达到靓声目的。
采用R型变压器制作的功率放大器电源，通常声音很板结而匮乏灵气，低频往往没有弹跳力而显得较硬。
三、变压器铁芯的硅钢片含硅量越大就越好吗?
未见得，矽钢片含硅量的大小对变压器的质量影响不是很大，而有取向和无取向则和铁芯的型号有关系。
其次，即使是同样型号的铁芯如果你工艺处理不好，那品质差别也是很大的，其差别有时甚至高达百分之四五十。
好的铁芯而同样的材料其热处理和线卷绕制工艺十分关键，良好的热处理只需很小的10mA激磁电流就能达到15000高斯，而不好的热处理则可能要50mA的激磁电流才能达到相应的15000高斯，这二者之间的悬殊差别是很大的。
从专业的角度来判断铁芯的好与不好，主要是通过激磁电流、铁损耗、饱和参数几项指标来进行综合性*价。
四、环型变压器的带式硅钢片若采用了拼接工艺，是不是就意味着品质肯定不好?
还不能一概而论，但是拼接的断位头不易太多，因为多一个断位就多了一个漏磁点，所以接头点最好不要超过2–3个。
制作工艺上凡断头拼接均要予先经过酸洗处理，但制造高档音响器材的环型变压器，严格来讲还是采用无拼接的矽钢片为最好，其工艺质量会更有保障。
五、变压器中的硅钢片材料有什么讲究?
由于硅钢在交变磁场中的损耗很小，所以变压器主要都是采用硅钢片来作磁性材料。
硅钢片可分为热轧和冷轧两类，冷轧硅钢带由于具有较高的导磁系数和较低的损耗，因此用来制作变压器具有体积小、重量轻、效率高的优势。
热轧硅钢带的性能则略逊色于冷轧硅钢带。
普通的EI型变压器是将硅钢板冲制成0.35–0.5mm厚的E型和I型片子，经过热处理后再插入绕组线包内，这类铁芯以使用热轧硅钢片居多（含硅量很高的优质硅钢片型号为D41、D42、D43、D301。
环型和C型变压器的铁芯则是采用冷轧硅钢带经卷绕而成形，其中C型变压器系经热处理浸漆后再切开制成。
变压器的漏电感是由未穿过初、次级线圈的磁通产生的，这些磁通穿过空气而自成闭合磁路。
增强变压器初、次级间的耦合密度可以减小漏感。
良好的变压器其漏感应不超过初级线圈电感的1/100，高保真Hi–Fi用的胆机输出变压器则不应超过1/500。
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