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技術專題

PCB電源布局指南


PCB電源布局指南

設計不包含電源元件的PCB是不尋常的,但僅僅因為它是一個通用元件并不意味著它不會給PCB設計帶來挑戰。有兩種主要的變體需要考慮,線性電源和開關模式電源。這些都對 PCB布局有挑戰。

線性電源

線性電源電路本質上很簡單,很少有組件可以直接安裝在PCB上。挑戰在于這些電路效率低下,這導致需要將大量功率損耗管理為輻射和傳導熱能。當溫度敏感元件安裝在PCB上或封閉在環境密封的外殼中以進行保護時,這個問題可能具有挑戰性,限制了冷卻選項。

開關電源

開關電源電路比線性電源更復雜,但效率更高。這很好,因為它減少了PCB設計人員處理熱管理的工程時間,但不幸的是,它帶來了一系列不同的問題。開關電路可能會產生大量的電磁噪聲,PCB設計人員需要對其進行管理。這種電噪聲會影響PCB上的其他電路元件,并會發射到電路板之外影響附近的設備。在極端情況下,電源電路產生的噪聲會通過主電源線傳導回,從而影響連接到同一主電源的其他設備。

另一個潛在的噪聲問題是,開關模式電路往往會在輸出端產生紋波電壓,如果管理不當,可能會通過平行或成束導線走線之間的電容或電感耦合在電路板上產生干擾。有一個更微妙的問題是安裝開關電路的PCB上可能出現接地反彈??焖匍_關會導致電路板中開關組件連接到接地層的點的接地電位發生短暫變化。這會導致電路板地平面上出現暫時的電位差。在極端情況下,這種差異可能會導致電路板遠處的組件觀察到由這種虛假電位差引起的感知信號并對其做出反應。

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接地

除非空間受到限制,否則允許電路板設計包含堅固的電源接地層以提供電磁屏蔽。如果無法將整個層投入使用,請至少考慮覆蓋電源組件下方整個區域的接地多邊形。

電源的地平面應與電路其余部分的公共地分開,減少噪聲耦合效應。此外,這兩個地之間的連接應限制在板上的一點,以防止接地環路。

微量電導率

使電源電路的走線盡可能短而寬,以減少電阻損耗和電磁噪聲輻射。在空間允許的情況下,建議使用多邊形澆筑。這對于熱導率至關重要的線性電源尤其重要。

建議在電路板設計中包含使用通孔連接電源和接地平面的實心填充內層,以獲得更大效果。應避免使用通孔將電源走線從一層切換到另一層,因為通孔將充當阻抗增加的點。連接多邊形的多個通孔提供了更好的解決方案。

性能將受到銅層厚度的影響,盡管增加厚度會帶來價格溢價,因此可能需要在成本和性能之間進行權衡。

增加導電性的另一種選擇是通過更改阻焊層在外板層上添加焊錫層。但是,您可以通過在電路板上安裝電源組件的點之間添加PCB匯流條或外部電線來獲得更好的性能。

元件放置

由于需要盡可能短的走線,電源組件應以較佳方向盡可能靠近在一起,以實現較短的走線長度。這可以包括在電路板的兩側安裝零件以實現這一點。

跟蹤路由

理想情況下,承載敏感信號的走線應在未連接的板層上遠離電源,通過接地層與電源走線隔開。信號走線不應與承載電源的電源走線平行,以防止從電源到信號的噪聲耦合。如果接近是不可避免的,信號走線應與電源走線成90度交叉,大限度地減少噪聲耦合效應。

熱管理

所有電源電路都會產生熱量,因此電路板設計需要包括熱管理。因此,布局的首要考慮應該是元件放置,盡可能將發熱元件與熱敏感元件分開,同時保持較短的走線長度。

下一個考慮是使用電路板的銅提供導熱性,以將熱量更均勻地分布在遠離熱點和允許散熱的區域。

開關模式電源的一個潛在問題是反饋控制電路通常包含需要與發熱開關元件共置的溫度敏感元件。如果不加以檢查,熱點會導致電源不穩定并加劇散熱問題。

概括

電源可能是PCB中大多數熱和噪聲問題的來源,因此電路板設計必須從一開始就考慮到這一點。良好的電路板設計始于良好的電源布局。

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