案例1l4978开关电源单面电路板设计 1.docx

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案例1l4978开关电源单面电路板设计1

案例1L4978开关电源单面电路板设计

图10—1所示为L4978开关电源电路原理图.

该电源为一非隔离型DC/DC变换器,核心元件是ST公司生产的开关电源芯片L4978.该电路允许输入电压范围为5~55V,输出电压范围为3.3~50V（此开关电源为降压型,输出电压小于输入电压）,最大输出电流可达到2A.

图中电阻R1和电容C3决定系统工作频率,L4978最高允许频率为500KHz.电阻R3和R4构成电压反馈电路,分压比决定输出电压的高低.R4的阻值为4.7KΩ,调整R3的阻值,可改输出电压.如表10—1所示为输出电压与R3阻值关系.

表10—1输出电压与R3阻值关系列表

下面从电路原理图开始进入L4978开关电源PVB设计之旅.

10.1.1原理图设计

1.建立文件夹

在D盘建立一个文件夹,名称为:

L4978.

2.创建项目物件

1）启动ProtelDXP.

2）执行菜单命令[File]/[New]/[PCBProject],系统建立一个项目文件,默认文件名为:

PCBProject1.PRJPCB.

3）执行菜单命令[File]/[SaveProject],将新建项目文件换名保存,选择文件路径并输入新建项目文件名L4978,完成D:

L4978\L4978.PRJPCB项目文件的建立.

3.创建一个性的原理图文件

1）执行菜单命令[File]/[New]/[Schematic],新建一原理图文件.

2）然后执行菜单命令[File]/[Save]命令,选择路径并输入文件名L4978,建立一个原理图文件D:

\L4978\L4978.SCHDOC.

4.载入元件库

该电路元件列表如表10—2所示.

表10—2L4978开关电源元件列表

由表10—2可以看出L4978开关电源涉及的元件除L4978原理图元件需自己制作外,其余都是系统默认集成元件库MiscallaneousDevices.LVTlib和MiscallaneousConnevtors.IntLib内的元件.

5.绘制原理图

（1）参数设定

执行菜单命令[Design]/[docementOptions],将电气栅格属性设为10mil.

（2）放置元件

1）单击原理图编辑器下部面板标签”Libraries”,打开元件库面板,选择MiscellaneousDevices.IntLib元件库.

2）单击Res2元件,再按PlaceRes2按钮,按Tab键修改器属性,序号改为,序号改为R1,Comment项设为不可见,将右侧Value值设为20K,观察元件封装是否为AXIAL-0.4,是就按OK.

3）将光标拖到合适位置,利用空格键旋转元件的方向,单击鼠标左键,完成电阻R1放置;系统处于放置Res2状态,序号自动加1变为R2,单击鼠标左键,完成电阻R2放置;与此类同,完成R3.R4的放置.

4）在元件库中,单击Cap元件,再按PlaceCap按钮.按Tap键修改器属性,序号改为C2,Comment项设为不可见,将右侧Value值设为2.2μF,元件封装改为RAD-0.1,按OK按钮.

5）将光标拖到合适位置,利用空格键旋转元件的方向,单击鼠标左键,完成电容C2放置;系统仍处于放置Cap状态,序号自动加1变为C3,单击鼠标左键,完成电阻C3放置;与此类同,完成C4.C5.C6的放置.

6）在元件库中,单击CapPol1元件,安按PlaceCapPol1按钮,按上述相同做法,完成C1.C7的放置.

7）在元件库中,单击Inductor元件.再按PlaceInductor按钮.按上述相同做法,完成L1的放置.

8）在元件库中,单击DSchottky元件.再按PlaceDSchottky按钮.按上述相同做法,完成D1的放置.

9）将元件库换为MiscellaneousConnenctors.IntLib元件苦.选择Head2元件,按PlaceHead2按钮,按上述相同做法,完成JP1.JP2的放置.

（3）制作元件L4978

ProtelDXP元件库中没有L4978,只能自己做了,这种情况在电子行业中是很常见的,学会自己制作元件是很必要的.

1）执行菜单命令[Design]/[MakeProjectLibrary].系统建立一个项目专用元件库,将已放置在图面上的元件自动载入该库,文件名为:

L4978.SCHLIB.系统自动转到原理图元件编辑器中.

2）单击元件编辑器中Add按钮,将新元件名重命名为L4978.

3）利用[Place]/[Rectangle]命令绘制一个150mil（W）*80mil（H）的矩形.

4）执行菜单命令[Place]/[Pin]放置元件管脚.按Tab编辑管脚属性,如图10—2所示.将管脚序号设为1,名称为Gnd,并按图10—1所示放置1号脚.

此时系统仍处于放置管脚状态,序号自动加1,变为2,将名称改为SS,并按图10—1所示位置2号脚.

依次完成3.4.5.6.7.8脚的放置.如有不合适的地方,可稍加修整.

（4）放置元件L4978

1）单击面板上Place按钮,将刚完成的元件L4978放置到原理图编辑器,按Tab键修改属性.序号为U1.增加Value属性为L4978,如图10—3所示单击”ModelsListFor*.L4978”中Add按钮添加元件封装.

2）在系统弹出的如图10—4所示AddNewModel对话框中,选择Footpint选项.

3）系统弹出10—5所示PCBModel对话框,在Name框内输入L4978封装号DIP-8.

如果对封装毫不熟悉,可按Browse按钮浏览查询.

4）按OK按钮,再按OK按钮,拖动鼠标放置L4978.

（5）调整元件

调整元件包括元件的属性.位置.方向.图10—6所示为元件布置好后的结果.

（6）布线

执行菜单命令[Place]/[Wire]进行布线工作.原理图布线工作可与调试元件穿插进行.这一方面和PBC布线差距较大.布线后的结果如图10—1所示.

（7）生成网络表

首先自己观察原理图有无差错,然后启动PrltelDXP提供的各种校验工具,根据设定规则对绘制的原理图进行检查,并做进一步的调查和修改,保证原理图正确无误,为后续的电路板设计做准备.

执行菜单命令[Design]/[NetlisitForDocument]/[Protel].生成网络表。

10.1.2PCB设计

绘制完原理图,下面我们开始L4978开关电源单面电路板的制作.

1创建PCB文档

1）执行菜单命令[File]/[New]/[PCB].系统建立一个PCB文件,默认文件名为PCB1.PcbDOC.

2）执行菜单命令[File]/[Save],将PCB文件名改为L4978.PcbDOC.

2.板层设置

因为该电路元件比较少,我们采用单层板.

执行菜单命令[Design]/[BoardLayers&colors],在弹出的BoardLayers属性设置对话框内,关闭TopLopLayer,打开BottomLayer.Keep-OutLayer.MechanicalLayer.Mult-layer以及TopOverlay.

3参数设置

执行菜单命令[Design]/[Options],进行电路板参数设置.将度量单位设为公制.捕捉格栅设为1mm/1mm.可视格点设为1mm/10mm.

4.规定电路板

我们初步规定电路板的尺寸为:

宽度80mm,高度50mm.

（1）

绘制物理边界

1）将图层转换按钮Mechanical1,单击Placement工具栏中的/按钮或选择[Plase]/[Line]命令启动绘制直线操作,光标变为十字形状.

2）将光标拖到PCB页面接近左下放置,单击一个边的起点（确定此点在10mm可视栅格上）.

3）通过目测可视格栅,横向向右数8个大格,确定第一条边（横边）的终点;竖向向上数5个大格确定第二条边（竖边）的终点;横向向左数8个大格,确定第三条边（横边）的终点;竖向向下回到起点确定第四边（竖边）.形状尺寸为80mm（W）*50mm（H）封闭的矩形边框.（手工绘制边框,也可以简单绘制一个矩形,通过编辑每条的属性的方式绘制PCB边框,有时间可以自己练习此方式.）

（2）绘制电气边界

1）单击PCB编辑器页面下部图层转换按钮Keep-OutLayer,将当前图层转换到禁止布线层.

2）单击Placement工具栏中的按钮或选择命令[Place]/[InteraciveRouting]启动互布线操作,光标变为十字形状.

3）单击鼠标,确定一个边的起点（确定此点在距某一物理角点距离为1mm/1mm）,通过目测可视格栅,依次确定四边形三个角点的位置,再回到起点,单击鼠标右键退出划线状态.形成一个距物理边界1mm的电气边界.

（3）绘制完成后的电路板边框,如图10—7所示

单击Placements工具栏中或执行菜单命令[Edit]/[Origin]/[Set],设置PCB左下点为新的坐标基准点.

5.载入元件库

L4978开关电源设计到的元件都是系统默认集成元件库内的.两个默认集成元件分别为:

MiscalleousDevices.IntLib和MiscallaneousConnectors.IntLib.

单击PCB编辑器页面下部的Libraries面板控制按钮大开元件封装库面板,查看有无这两个集成元件库.如果没有,可通过单击面板上Libraries按钮,将这两个集成元件库载入.这两个库均在PrltelDXP软件的Library子目录下.

6.载入网络表和元件

1）执行菜单命令[Design]/[ImportChangesFrom（L4978.PRJPCB）],系统弹出如图10—8所示EngineeringChangeOrder对话框.

3）单击ValidateChanges按钮,系统逐项检查提交的修改有无违反规则情况,并在状态栏（Status）显示是否正确,如果正确,则状态栏中”Check”显示√;否则显示χ,如图10—9所示.

4）检查结果完全正确,单击ExecuteChanges按钮,将网络表和元件载入PCB编程中.

5）单击Close按钮,关闭EngineeringChageOrder对话框,即可看见载入的元件和预拉线,如图10—10所示.

7.元件布局

1）执行菜单命令[Tools]/[AutoPlacement]/[AutoPlacer],对元件进行自动布局,自动布局规则选”ClusterPlacer”.

2）自动布局后的PCBR如图10—11所示.

8手工调整

（1）位置.方向调整

对于单面板来说,元件布置和方向很重要,它决定了布线能否完全不通.是否路径短而且顺畅.飞线的多少等,并最终决定了这板是否可以使用.

调整元件布置可执行[Edit]/[Move]级联菜单命令,也可以直接用鼠标拖动.

改变元件方向可以采用编辑属性方式,更简洁的方式是在移动或拖动元件的过程中,按空格键改变元件的旋转角度.

（2）修改元件焊盘属性

1）利用[Edit]/[FindsimilarObjects]菜单命令,或使用组合键[Shift+F],查找所有焊盘,单击查询控制面板按钮Isspect,将所有焊盘图层由复合层改为底层.

2）编辑CN1.CN2.L1三个元件的焊盘,将焊盘外径设为100mil/100mil,孔径设为50mil.

（3）调整电路板尺寸

在元件布局调整过程中,发现电路的尺寸比较大,现在将它改成50mm*50mm的电路板.

1）在命令空闲状态,按键盘”Q”键,切换系统度量单位成公制.

2）编辑电路板物