元器件布局及印制電路板布線技術
開關電源的輻射騷擾與電流通路中的電流大小、通路的環路面積、以及電流頻率的平方的乘積成正比,即輻射騷擾E∝IAf2。運用這一關系的前提是通路尺寸遠小于頻率的波長。
上述關系式表明減小通路面積是減小輻射騷擾的關鍵,即是說開關電源的元器件彼此要緊密排列。在初級電路中,要求輸入端電容、晶體管和變壓器彼此靠近,且布線緊湊;在次級電路中,要求二極管、變壓器和輸出端電容彼此貼近。
在設計印制電路板時,應盡量將相互關聯的元器件擺放在一起,以避免因元器件離的太遠而造成印制線過長所帶來的干擾;再者將輸入信號和輸出信號盡量放置在引線端口附近,以避免因耦合路徑而產生的干擾。在印制板上,將正負載流導線分別緊靠布在印制板的兩面,并設法使之保持平行,因為平行緊靠的正負載流導體所產生的外部磁場是趨向于相互抵消的。實踐證明,印制板的元器件布置和布線設計對開關電源EMC性能有極大的影響,在高頻開關電源中,由于印制板上既有電平為±5V~±15V的小信號控制線,又有高壓電源母線,同時還有一些高頻功率開關、磁性元件,如何在印制板有限的空間內合理地安排元器件位置,將直接影響到電路中各元器件自身的抗干擾性和電路工作的可靠性。另外,切忌兩條印制信號線平行走線。如果平行走線無法避免,可通過以下方法來補救:
1)在兩條信號線之間加一條地線,以起屏蔽作用;
2)盡量拉開兩條平行信號線之間的距離,以降低兩線之間電磁場的影響;
3)使兩條平行的信號線流過的電流方向相反。布線間的電磁耦合是通過電場和磁場進行的,因此在布線時,應注意對電場與磁場耦合的抑制。對電場的抑制方法有:
1)盡量增大線間距離,使電容耦合為最小;
2)采用靜電屏蔽,屏蔽層要接地;
3)降低敏感線路的輸入阻抗。
對磁場的抑制方法有:
1)減小騷擾源和敏感電路的環路面積;
2)增大線間距離,使耦合騷擾源與敏感電路間的互感盡可能地小;
3)最好使騷擾源與敏感電路呈直角布線,以便大大降低線路間耦合。
另外,通過分析印制導線的特性阻抗,來選取印制導線的放置方式、長度、寬度以及布局方式。單根導線的特性阻抗由直流電阻R和自感L組成,印制線l越短,直流電阻R就越小;同時增加印制線的寬度和厚度也可降低直流電阻R。印制線長度l越短,自感L就越小,而且增加印制線的寬度b也可降低自感L。而多根印制線的特性阻抗除由直流電阻R和自感L組成外,還有互感M的影響,互感M除受印制線的長度和寬度影響外,印制線之間距離也起著重要的作用,增大兩線的間距可減少互感。針對以上現象,在設計印制電路板時,應盡量降低電源線和地線的阻抗,因為電源線、地線和其它印制線都有電感,當電源電流變化較大時,將會產生較大的壓降,而地線壓降是形成公共阻抗干擾的重要因素,所以應盡量縮短地線,也可盡量加粗電源線和地線線條。在雙面印制板設計中,除盡可能地加粗電源線和地線線條之外,還應在地線和電源線之間安裝高頻特性好的去耦電容。
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