梅花触头

梅花触头在任何开关电源设计中，PCB板的物理设计都是*后一个环节，梅花触头如果设计体例不当，PCB可能会辐射过量的电磁干扰，造成电源工作不稳定，以下针对各个步调中所需注意的事项进行分析： 　　一、 从原理图到PCB的设计流程 　　梅花触头成立元件参数－>输入原理网表->设计参数设置->手工结构->手工布线->验证设计－>复查->CAM输出。   　　2、 梅花触头参数设置 　　相邻导线间距必须能满足电气平安要求，而且为了梅花触头便于操作和生产，间距也应尽可能宽些。*小间距至少要能适合承受的电压，在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距，一般情况下将走线间距设为8mil。焊盘内孔边沿到印制板边的距离要大于1mm，这样可以避免加工时致使焊盘缺损。当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的益处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不容易断开。   　　如图: 　　三、 元器件结构 　　实践证明，即便电路原理图设计正确，印制梅花触头电路板设计不当，也会对电子设备的靠得住性发生晦气影响。例如，如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声；由于电源、地线的斟酌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，应注意采取正确的体例。每一个开关电源都有四个电流回路：   　　(1).电源开关交换回路   　　(2). 输出整流交换回路   　　(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贮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袂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，交换能量将由输入或输出滤波电容并辐射到情况中去。电源开关交换回路和整流器的交换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，峰值幅度可高达延续输入/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*容易发生电磁干扰，因此必须在电源中其它印制线布线之前先布好这些交换回路，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，调剂元件位置使它们之间的电流路径尽可能短。　　成立开关电源结构的*好体例与其电气设计相似，*佳设计流程如下：   　　1.放置变压器梅花触头   　　2.设计电源开关电流回路   　　3.设计输出整流器电流回路   　　4.连接到交换电源电路的梅花触头控制电路   　　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依照电路的功能单位，对电路的全部元器件进行结构时，要适合以下原则：   　　(1)首先要斟酌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；太小则散热欠好，且邻近线条易受干扰。电路板的*佳形状矩形，长宽比为3：2或4：3，位于电路板边沿的元器件，离电路板边沿一般不小于2mm。   　　(2)放置器件时要斟酌以后的焊接，不要太密集.  　　(3) 以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行结构。元器件应平均、 整齐、紧凑地排列在PCB上，尽可能削减和缩短各元器件之间的引线和连接, 去耦电容尽可能接近器件的VCC   　　(4) 在高频下工作的电路，要斟酌元器件之间的散布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不单美不雅观，而且装焊容易，易于批量生产。   　　(5)依照电路的流程放置各个功能电路单位的位置，使结构便于信号流通，并使信号尽可能连结一致的标的目的。   　　(6) 结构的首要原则是包管布线的布通率，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   　　开关电源PCB排版是开辟电源产品中的一个重要历程。许多情况下，一个在纸上设计得很是完美的电源可能在初度调试时无法正常工作，原因是该电源的PCB排版存在着许多问题．详细讨论了开关电源PCB排版的根基要点，并描述了一些实用的PCB排版例子。 　　为了适应电子产品飞快的更新换代节拍，梅花触头产品设计工程师更倾向于选择在市场上很容易采购到的AC／DC适配器，并把多组直流电源直接安装在系统的线路板上。由于开关电源发生的电磁干扰会影响到其电子产品的正常工作，正确的电源PCB排版就变得很是重要。开关电源PCB排版与数字电路PCB排版完全纷歧样。在数字电路排版中，许大都字芯片可以通过PCB软件来自动排列，且芯片之间的连接线可以通过PCB软件来自动连接。用自动排版体例排出的开关电源一定无法正常工作。所以，没计人员需要对开关电源PCB排版根基法则和开关电源工作原理有一定的了解。 　　1、 开关电源PCB排版根基要点 　　1.1 电容高频滤波特性 　　 　　图1是电容器根基结构和高频等效模型。 　　电容的根基公式是 　　 　　式(1)显示，减小电容器极板之间的距离(d)和增加极板的截面积(A)将增加电容器的电容量。 　　电容通常存在等效串连电阻(ESR)和等效串连电感(ESL)二个寄生参数。 　　 　　图2是电容器在分歧工作频率下的阻抗(Zc)。 　　一个电容器的谐振频率(fo)可以从它自身电容量(C)和等效串连电感量(LESL)取得，即 　　 　　当一个电容器工作频率在fo以下时，其阻抗随频率的上升而减小，即　　 　　当电容器工作频率在fo以上时，其阻抗会随频率的上升而增加，即   　　 　　当电容器工作频率接近fo时，电容阻抗就等于它的等效串连电阻(RESR)。   梅花触头电解电容器一般都有很大的电容量和很大的等效串连电感。由于它的谐振频率很低，所以只能使用在低频滤波上。钽电容器一般都有较大电容量和较小等效串连电感，因而它的谐振频率会高于电解电容器，并能使用在中高频滤波上。瓷片电容器电容量和等效串连电感一般都很小，因而它的谐振频率远高于电解电容器和钽电容器，所以能使用在高频滤波和旁路电路上。由于小电容量瓷片电容器的谐振频率会比大电容量瓷片电容器的谐振频率要高，因此，在选择旁路电容时不克不及光选用电容值太高的瓷片电容器。为了改良电容的高频特性，多个分歧特性的电容器可以并联起来使用。图3是多个分歧特性的电容器并联后阻抗改良的效果。 　　 　　电源排版根基要点1 旁路瓷片电容器的电容不克不及太大，而它的寄生串连电感应尽可能小，多个电容器并联能改良电容的高频阻抗特性。　　图4显示了在一个PCB上输入电源(Vin)至负载(RL)的分歧走线体例。为了下降滤波电容器(C)的ESL，其引线长度应尽可能减短；而Vin。正极至RL和Vin负极至R1的走线应尽可能接近。 　　 　　1.2 电感高频滤波特性 　　图5中的电流环路类似于一匝线圈的电感。高频交换电流所发生的电磁场R(t)将环抱在此环路的外部和内部。如果高频电流环路面积(Ac)很大，就会在此环路的内外部发生很大的电磁干扰。  　　 　　电感的根基公式是 　　 　　从式(5)可知，减小环路的面积(Ac)和增加环路周长(lm)可减小L。　　电感通常存在等效并联电阻(EPR)和等效并联电容(Cp)二个寄生参数。图6是电感在分歧工作频率下的阻抗(ZL)。 　　 　　谐振频率(fo)可以从电感自身电感值(L)和它的等效并联电容值(Cp)取得，即 　　 　　当一个电感工作频率在fo以下时，电感阻抗随频率的上升而增加，即  　　 　　当电感工作频率在fo以上时，电感阻抗随频率的上升而减小，即  　　 　　当电感工作频率接近fo时，电感阻抗就等于它的等效并联电阻(REPR)。 　　在开关电源中电感的Cp应该控制得越小越好。同时必须注意到，同一电感量的电感会由于线圈结构分歧而发生分歧的Cp值。图7就显示了同一电感量的电感在二种分歧的线圈结构下分歧的Cp值。图7(a)电感的5匝绕组是按顺序绕制。这种线圈结构的Cp值是l匝线圈等效并联电容值(C)的1／5。图7(b)电感的5匝绕组是按交叉顺序绕制。其中绕组4和5放置在绕组1、2、3之间，而绕组l和5很是接近。这种线圈结构所产牛的Cp是1匝线圈C值的两倍。 　　 　　可以看到，相同电感量的两种电感的Cp值竟然相差达数倍。在高频滤波上如果一个电感的Cp值太大，高频噪音就会很容易地通过Cp直接耦合到负载上。这样的电感也就失去了它的高频滤波功能。 　　图8显示了在一个PCB上Vin通过L至负载(RL)的分歧走线体例。为了下降电感的Cp,电感的二个引脚应尽可能远离。而Vin正极至RL和Vin负极至RL的走线应尽可能接近。 　　 　　电源排版根基要点2 电感的寄生并联电容应尽可能小，电感引脚焊盘之间的距离越远越好。　　1.3 镜像面 　　电磁理论中的镜像面概念对设计者掌握开关电源的PCB排版会有很大的帮忙。图9是镜像面的根基概念。 　　 　　图9(a)是当直流电流在一个接地层上方流过时的情景。此时在地层上的返回直流电流很是平均地散布在整个地层面上。图9(h)显示当高频电流在同一个地层上方流过时的情景。此时在地层上的返回交换电流只能流在地层面的中间而地层面的两边则完全没有电流。一日．理解了镜像面概念，我们很容易看到在图10中地层面上走线的问题。接地层(GroundPlane)，没汁人员应该尽可能避免在地层上放置任何功率或信号走线。一旦地层上的走线破坏了整个高频环路，该电路会产牛很强的电磁波辐射而破坏周边电子器件的正常工作。　　电源梅花触头排版根基要点3 避免在地层上放置任何功率或信号走线。 　　1．4 高频环路 　　开关电源中有许多由功率器件所组成的高频环路，如果对这△环路处婵得欠好的话，就会对电源的正常工作造成很大影响。为了减小高频环路所发生的电磁波噪音，该环路的面积应该控制得很是小。如图l1(a)所示，高频电流环路面积很大，就会在环路的内部和外部发生很强的电磁于扰。同样的高频电流，当环路面积设计得很是小时，如图11(b)所示，环路内部和外部电磁场相互抵消，整个电路会变得很是恬静。 　　电源梅花触头排版根基要点4 高频环路的面积应尽可能减小。 　　 　　1.5 过孔和焊盘放置 　　许多设计人员喜欢在多层PCB卜放置良多过孔(VIAS)。可是，必须避免在高频电流返同路径上放置过量过。否则，地层上高频电流走线会遭到破坏。如果必须在高频电流路径上放置一些梅花触头过孔的活，过孔之间可以留出一空间让高频电流顺利通过，图12显示了过孔放置体例。 　　 　　电源排版根基要点5 过孔放置不该破坏高频电流在地层上的流经。　　

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