开关电源中PCB排版是电源设计中非常关键的一个环节,它不仅关系到电源的整体性能,还与产品的安全性和可靠性密切相关。在排版过程中,有许多细节需要特别注意,尤其是在Y电容的放置、主电流回路的设计、信号地与功率地的区分、输入LC滤波的设计以及安全距离的留置等方面。
Y电容在开关电源中的作用主要是提供X电容的泄放回路以及滤波作用。在PCB排版时,Y电容的放置位置与脚距非常重要。一般而言,Y电容的通用脚距是10mm,需要为焊盘留出足够的空间,中间的空隙保持在8mm左右,而且中间最好不要走线,以避免信号干扰。在具体放置上,一般放在PCB板的上下位置,左为强电区,右为弱电区。在强电端,接地(GND)最好接功率地;而在弱电端,接地最好靠近变压器的GND引脚。当输入地线上有多个Y电容时,其放置也必须按照特定的规则进行。
在大功率的开关电源设计中,有几个原则需要遵循。主电流回路应避免使用跳线,如果实在需要使用,则必须加套管保护。如果在跳线上有元器件,还需要采用点胶的方式固定。在有限的平面积内以及安全距离内,应尽可能加粗走线。如果无法加粗,可以考虑增加辅焊层来提高电流的承载能力。
信号地与功率地的区分也是开关电源PCB排版中的一个重要环节。以PWM控制的反激电源为例,将信号地和功率地分开可以有效避免PWM芯片受到干扰。具体来说,芯片需要的辅助电源接地应该连接在辅助电源滤波电容上,而不是连接到大电容上。在半桥或者全桥电路中,若控制芯片与输入是隔离的,则需要在电源上增加1~3个0.1uF的电容,以提高抗干扰能力。
在设计输入LC滤波时,要特别注意针对宽电压范围(85~264V)的设备。X电容的封装大小需要提前做好规划,以避免认证时需要更换电容导致的不便。通常情况下,宁可选择较大尺寸的封装,也不要选择偏小的,节省成本可以考虑在其他方面。压敏电阻的使用同样需要留出足够的空间,尤其是在没有护套的情况下。共模和差模的设计需要根据具体应用决定是否使用。小功率的电源通常不需要添加差模滤波。为防止浪涌电流,可以在交流电源进线保险丝之前使用NTC或PTC元件。
安全距离的设置也是开关电源PCB排版中不能忽视的部分。例如,交流电源进线保险丝前两线之间的安全距离不应小于6mm;两线与机壳或机内接地之间的最小安全距离要大于8mm。在保险丝之后的走线,零、火线之间的爬电距离不能小于3mm。高压区与低压区之间的最小爬电距离应保持在8mm以上,若不足则需要开2mm的安全槽。高压区需要有高压示警标识的丝印,并用丝印框住,框条宽度不应小于3mm。高压整流滤波的正负之间的最小安全距离不应小于2mm。
在开关电源的PCB排版过程中,需要注意以下关键点:
1. Y电容放置的脚距及焊盘要求,以及如何处理强电与弱电区域的隔离。
2. 主电流回路的设计,注意避免跳线或使用套管保护,以及走线的加粗与辅焊层的添加。
3. 信号地与功率地的区分,确保PWM芯片不受干扰,并在需要时添加辅助电源滤波电容。
4. 输入LC滤波的设计,特别注意X电容的封装大小、压敏电阻的尺寸以及是否需要共模和差模滤波。
5. 遵循安全规范设置走线的最小爬电距离,并在高压区域添加安全标识和安全槽。