浅谈开关电源设计中PCB板的物理设计注意事项

浅谈开关电源设计中PCB板的物理设计注意事项（精选3篇）

浅谈开关电源设计中PCB板的物理设计注意事项 第1篇

浅谈开关电源设计中PCB板的物理设计注意事项

在开关电源设计中PCB板的物理设计都是最后一个环节，如果设计方法不当，PCB可能会辐射过多的电磁干扰，造成电源工作不稳定，以下针对各个步骤中所需注意的事项进行分析：

一、从原理图到PCB的设计流程

建立元件参数-》输入原理网表-》设计参数设置-》手工布局-》手工布线-》验证设计-》复查-》CAM输出。

二、元器件布局

实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。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、地线的考虑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，应注意采用正确的方法。每一个开关电源都有四个电流回路：

(1)电源开关交流回路(2)输出整流交流回路(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储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别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，交流能量将由输入或输出滤波电容并辐射到环境中去。

电源开关交流回路和整流器的交流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，峰值幅度可高达持续输入/输出直流电流幅度的5倍，过渡时间通常约为50ns。

这两个回路最容易产生电磁干扰，因此必须在电源中其它印制线布线之前先布好这些交流回路，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，调整元件位置使它们之间的电流路径尽可能短。建立开关电源布局的最好方法与其电气设计相似，最佳设计流程如下：

放置变压器

设计电源开关电流回路 设计输出整流器电流回路 连接到交流电源电路的控制电路

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根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：

(1)首先要考虑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;过小则散热不好，且邻近线条易受干扰。电路板的最佳形状矩形，长宽比为3：2或4：3，位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。

(2)放置器件时要考虑以后的焊接，不要太密集。(3)以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接，去耦电容尽量靠近器件的VCC。

(4)在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观，而且装焊容易，易于批量生产。

(5)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。

(6)布局的首要原则是保证布线的布通率，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。

三、参数设置

相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。最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。

焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。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，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。

四、布线

开关电源中包含有高频信号，PCB上任何印制线都可以起到天线的作用，印制线的长度和宽度会影响其阻抗和感抗，从而影响频率响应。即使是通过直流信号的印制线也会从邻近的印制线耦合到射频信号并造成电路问题(甚至再次辐射出干扰信号)。因此应将所有通过交流电流的印制线设计得尽可能短而宽，这意味着必须将所有连接到印制线和连接到其他电源线的元器件放置得很近。

印制线的长度与其表现出的电感量和阻抗成正比，而宽度则与印制线的电感量和阻抗成反比。长度反映出印制线响应的波长，长度越长，印制线能发送和接收电磁波的频率越低，它就能辐射出更多的射频能量。根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和电流的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。接地是开关电源四个电流回路的底层支路，作为电路的公共参考点起着很重要的作用，它是控制干扰的重要方法。

因此，在布局中应仔细考虑接地线的放置，将各种接地混合会造成电源工作不稳定。在地线设计中应注意以下几点：

1.正确选择单点接地通常，滤波电容公共端应是其它的接地点耦合到大电流的交流地的唯一连接点，同一级电路的接地点应尽量靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上，主要是考虑电路各部分回流到地的电流是变化的，因实际流过的线路的阻抗会导致电路各部分地电位的变化而引入干扰。在本开关电源中，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而采用一点接地，即将电源开关电流回路(中的几个器件的地线都连到接地脚上，输出整流器电流回路的几个器件的地线也同样接到相应的滤波电容的接地脚上，这样电源工作较稳定，不易自激。做不到单点时，在共地处接两二极管或一小电阻，其实接在比较集中的一块铜箔处就可以。

2.尽量加粗接地线 若接地线很细，接地电位则随电流的变化而变化，致使电子设备的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏，因此要确保每一个大电流的接地端采用尽量短而宽的印制线，尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线>电源线>信号线，如有可能，接地线的宽度应大于3mm，也可用大面积铜层作地线用，在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。进行全局布线的时候，还须遵循以下原则：

(1)。布线方向：从焊接面看，元件的排列方位尽可能保持与原理图相一致，布线方向最好与电路图走线方向相一致，因生产过程中通常需要在焊接面进行各种参数的检测，故这样做便于生产中的检查，调试及检修(注：指在满足电路性能及整机安装与面板布局要求的前提下)。

(2)。设计布线图时走线尽量少拐弯，印刷弧上的线宽不要突变，导线拐角应≥90度，力求线条简单明了。

(3)。印刷电路中不允许有交叉电路，对于可能交叉的线条，可以用“钻”、“绕”两种办法解决。即让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去，或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去，在特殊情况下如何电路很复杂，为简化设计也允许用导线跨接，解决交叉电路问题。因采用单面板，直插元件位于top面，表贴器件位于bottom面，所以在布局的时候直插器件可与表贴器件交叠，但要避免焊盘重叠。

3.输入地与输出地本开关电源中为低压的DC-DC，欲将输出电压反馈回变压器的初级，两边的电路应有共同的参考地，所以在对两边的地线分别铺铜之后，还要连接在一起，形成共同的地。

五、检查

布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，一般检查线与线、线与元件焊盘、线与贯通孔、元件焊盘与贯通孔、贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。电源线和地线的宽度是否合适，在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。注意： 有些错误可以忽略，例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外，检查间距时会出错;另外每次修改过走线和过孔之后，都要重新覆铜一次。

六、复查根据“PCB检查表”，内容包括设计规则，层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置，还要重点复查器件布局的合理性，电源、地线网络的走线，高速时钟网络的走线与屏蔽，去耦电容的摆放和连接等。

七、设计输出 输出光绘文件的注意事项：

a.需要输出的层有布线层(底层)、丝印层(包括顶层丝印、底层丝印)、阻焊层(底层阻焊)、钻孔层(底层)，另外还要生成钻孔文件(NC Drill)b.设置丝印层的Layer时，不要选择Part Type，选择顶层(底层)和丝印层的Outline、Text、Linec.在设置每层的Layer时，将Board Outline选上，设置丝印层的Layer时，不要选择Part Type，选择顶层(底层)和丝印层的Outline、Text、Line。d.生成钻孔文件时，使用PowerPCB的缺省设置，不要作任何改。

浅谈开关电源设计中PCB板的物理设计注意事项 第2篇

作为一个电子工程师设计电路是一项必备的硬功夫，但是原理设计再完美，如果电路板设计不合理性能将大打折扣，严重时甚至不能正常工作。根据我的经验，我总结出以下一些PCB设计中应该注意的地方，希望能对您有所启示。

不管用什么软件，PCB设计有个大致的程序，按顺序来会省时省力，因此我将按制作流程来介绍一下。（由于protel界面风格与windows视窗接近，操作习惯也相近，且有强大的仿真功能，使用的人比较多，将以此软件作说明。）

原理图设计是前期准备工作，经常见到初学者为了省事直接就去画PCB板了，这样将得不偿失，对简单的板子，如果熟练流程，不妨可以跳过。但是对于初学者一定要按流程来，这样一方面可以养成良好的习惯，另一方面对复杂的电路也只有这样才能避免出错。

在画原理图时，层次设计时要注意各个文件最后要连接为一个整体，这同样对以后的工作有重要意义。由于，软件的差别有些软件会出现看似相连实际未连（电气性能上）的情况。如果不用相关检测工具检测，万一出了问题，等板子做好了才发现就晚了。因此一再强调按顺序来做的重要性，希望引起大家的注意。

原理图是根据设计的项目来的，只要电性连接正确没什么好说的。下面我们重点讨论一下具体的制板程序中的问题。

l、制作物理边框

封闭的物理边框对以后的元件布局、走线来说是个基本平台，也对自动布局起着约束作用，否则，从原理图过来的元件会不知所措的。但这里一定要注意精确，否则以后出现安装问题麻烦可就大了。还有就是拐角地方最好用圆弧，一方面可以避免尖角划伤工人，同时又可以减轻应力作用。以前我的一个产品老是在运输过程中有个别机器出现面壳PCB板断裂的情况，改用圆弧后就好了。

2、元件和网络的引入

把元件和网络引人画好的边框中应该很简单，但是这里往往会出问题，一定要细心地按提示的错误逐个解决，不然后面要费更大的力气。这里的问题一般来说有以下一些：

元件的封装形式找不到，元件网络问题，有未使用的元件或管脚，对照提示这些问题可以很快搞定的。

3、元件的布局

元件的布局与走线对产品的寿命、稳定性、电磁兼容都有很大的影响，是应该特别注意的地方。一般来说应该有以下一些原则：

3．l放置顺序

先放置与结构有关的固定位置的元器件，如电源插座、指示灯、开关、连接件之类，这些器件放置好后用软件的LOCK功能将其锁定，使之以后不会被误移动。再放置线路上的特殊元件和大的元器件，如发热元件、变压器、IC等。最后放置小器件。

3．2注意散热

元件布局还要特别注意散热问题。对于大功率电路，应该将那些发热元件如功率管、变压器等尽量靠边分散布局放置，便于热量散发，不要集中在一个地方，也不要高电容太近以免使电解液过早老化。

4、布线

布线原则

走线的学问是非常高深的，每人都会有自己的体会，但还是有些通行的原则的。

◆高频数字电路走线细一些、短一些好

◆大电流信号、高电压信号与小信号之间应该注意隔离（隔离距离与要承受的耐压有关，通常情况下在2KV时板上要距离2mm，在此之上以比例算还要加大，例如若要承受3KV的耐压测试，则高低压线路之间的距离应在3.5mm以上，许多情况下为避免爬电，还在印制线路板上的高低压之间开槽。）

◆两面板布线时，两面的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线，避免相互平行，以减小寄生耦合；作为电路的输人及输出用的印制导线应尽量避兔相邻平行，以免发生回授，在这些导线之间最好加接地线。

◆走线拐角尽可能大于90度，杜绝90度以下的拐角，也尽量少用90度拐角

◆同是地址线或者数据线，走线长度差异不要太大，否则短线部分要人为走弯线作补偿

◆走线尽量走在焊接面，特别是通孔工艺的PCB

◆尽量少用过孔、跳线

◆单面板焊盘必须要大，焊盘相连的线一定要粗，能放泪滴就放泪滴，一般的单面板厂家质量不会很好，否则对焊接和RE－WORK都会有问题

◆大面积敷铜要用网格状的，以防止波焊时板子产生气泡和因为热应力作用而弯曲，但在特殊场合下要考虑GND的流向，大小，不能简单的.用铜箔填充了事，而是需要去走线

◆元器件和走线不能太靠边放，一般的单面板多为纸质板，受力后容易断裂，如果在边缘连线或放元器件就会受到影响

◆必须考虑生产、调试、维修的方便性

对模拟电路来说处理地的问题是很重要的，地上产生的噪声往往不便预料，可是一旦产生将会带来极大的麻烦，应该未雨绸缎。对于功放电路，极微小的地噪声都会因为后级的放大对音质产生明显的影响；在高精度A／D转换电路中，如果地线上有高频分量存在将会产生一定的温漂，影响放大器的工作。这时可以在板子的4角加退藕电容，一脚和板子上的地连，一脚连到安装孔上去（通过螺钉和机壳连），这样可将此分量虑去，放大器及AD也就稳定了。

另外，电磁兼容问题在目前人们对环保产品倍加关注的情况下显得更加重要了。一般来说电磁信号的来源有3个：信号源，辐射，传输线。晶振是常见的一种高频信号源，在功率谱上晶振的各次谐波能量值会明显高出平均值。可行的做法是控制信号的幅度，晶振外壳接地，对干扰信号进行屏蔽，采用特殊的滤波电路及器件等。

需要特别说明的是蛇形走线，因为应用场合不同其作用也是不同的，在电脑的主板中用在一些时钟信号上，如 PCIClk、AGP-Clk，它的作用有两点：1、阻抗匹配 2、滤波电感。

对一些重要信号，如 INTELHUB架构中的HUBLink，一共13根，频率可达233MHZ，要求必须严格等长，以消除时滞造成的隐患，这时，蛇形走线是唯一的解决办法。

一般来讲，蛇形走线的线距＞＝2倍的线宽；若在普通PCB板中，除了具有滤波电感的作用外，还可作为收音机天线的电感线圈等等。

5、调整完善

完

成布线后，要做的就是对文字、个别元件、走线做些调整以及敷铜（这项工作不宜太早，否则会影响速度，又给布线带来麻烦），同样是为了便于进行生产、调试、维修。

敷铜通常指以大面积的铜箔去填充布线后留下的空白区，可以铺GND的铜箔，也可以铺VCC的铜箔（但这样一旦短路容易烧毁器件，最好接地，除非不得已用来加大电源的导通面积，以承受较大的电流才接VCC）。包地则通常指用两根地线（TRAC）包住一撮有特殊要求的信号线，防止它被别人干扰或干扰别人。

如果用敷铜代替地线一定要注意整个地是否连通，电流大小、流向与有无特殊要求，以确保减少不必要的失误。

6、检查核对网络

有时候会因为误操作或疏忽造成所画的板子的网络关系与原理图不同，这时检察核对是很有必要的。所以画完以后切不可急于交给制版厂家，应该先做核对，后再进行后续工作。

7、使用仿真功能

浅谈开关电源设计中PCB板的物理设计注意事项 第3篇

虽然Protel 99 SE软件拥有如此强大的功能, 但仅用这个软件是不可能设计出一块性能优良、布局合理的PCB板图的。在整个PCB板图的设计过程中, 主要依靠设计者的经验。下面就来谈谈设计PCB板的一些技巧和注意点。

1 设计技巧

1.1 电路原理图设计技巧

我们知道Protel 99 SE是由两大部分组成:电路原理图设计和PCB板设计。在设计PCB板之前, 要先设计电路原理图。在设计过程中, 元器件的位置尽量与实际一致, 网络标号要明确。如果元器件过多可采用总图与子图联合的画图方式, 做到模块间的连接, 使原理图简单清晰。电路原理图是用来为PCB生成网络表。网络表是电路原理图设计与PCB之间的桥梁。所以, 在设计电路原理图时, 要充分利用Protel 99SE所提供的各种原理图绘图工具、各种编辑功能, 以便得到一张正确明了的电路原理图。

1.2 元器件布局技巧

在整个PCB板设计过程中, 元器件布局是最基础的一步。因为布局的好坏从根本上就决定了PCB板图的设计质量、性能参数和下一步布线的难易程度。Protel 99 SE提供自动布局和手动布局两种操作方式, 一般采用手动布局。

在布局之前要先确定PCB板的坐标原点位置, 一般以单板左边和下边的延长线交汇点或单板左下角的第一个焊盘为坐标原点。

接下来要确定PCB尺寸大小。电路板的最佳形状为矩形, 长宽比为3:2或4:3尤佳。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;过小, 则散热不好, 且邻近线条易受干扰。

PCB尺寸确定后, 然后确定特殊元器件的位置。对于高频元器件之间的连线要尽可能的缩短, 这样可以减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。有较高电位差的元器件或导线之间, 应加大它们之间的距离, 以免放电引出意外短路。此外, 还要留出PCB板的定位孔和固定支架所占用的位置。

最后, 根据电路的功能单元, 对全部元器件进行布局。位于电路板边缘的元器件, 离电路板边缘一般不小于2mm。以每个功能电路的核心元器件为中心, 围绕它来进行布局。

1.3 布线技巧

布线在整个设计过程中, 是最为关键的一步。这直接影响着PCB板的性能好坏。Protel99 SE同样也提供了自动布线和手动布线两种操作方式, 建议两种布线方式结合使用。

布线有三个层次:首先是布通, 这是最基本的要求。其次是电器性能的满足。这是衡量一块印刷电路板是否合格的标准。最后是美观。布线要整齐, 不能纵横交错毫无章法。

一般情况下, 首先应对电源线和地线进行布线, 以保证电路板的电气性能。电源和地线尽量不要平行。另外, 尽量加宽电源和地线。这样, 可以降低电源和地线的噪声干扰。

在PCB设计中要避免产生锐角和直角, 尽可能采用45°的折线布线, 不可使用90°折线, 这样可以减小高频信号的辐射, 要求高的还要用双弧线。

所有平行信号线之间要尽量留有较大的间隔, 以减少串扰。如果两条信号线距离接近, 最好在两条线之间走一条接地线, 这样可以起到屏蔽作用。

导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路, 尤其是数字电路, 只要工艺允许, 可使间距小于5~8mm。

2 设计注意事项

在设计PCB板过程中, 有些问题需要加以注意。

2.1 焊盘

焊盘是用来放置焊锡、连接导线和元器件引脚。设计焊盘时, 注意以下几点:

(1) 焊盘大小。焊盘的中心孔要比器件的引线直径要稍大一些。但如果焊盘太大的话, 容易形成虚焊。一般设计焊盘外径D≥ (d+1.2) mm, d为引线直径。

(2) 焊盘类型的选择。在设计PCB板中绝大部分都采用圆形焊盘。实际上, 焊盘类型除了有圆形, 还有方形、八角形等。所以, 在选择焊盘类型时, 要综合考虑元器件的形状、大小、布置形式、受力方向等。

(3) 焊盘不能重叠。焊盘的重叠, 实际上就是孔的重叠放置。这样, 在钻孔的时候, 会因为在同一处有多个钻孔而导致钻头断开和导线损伤。

2.2 去耦电容

在设计中, 去耦电容一般配置在PCB板的各个关键部位, 起到抗干扰的作用, 而且效果显著。去耦电容实际上是起到一个电池的作用, 这样可以满足驱动电路电流的变化, 从而避免相互间的耦合干扰。

对于去耦电容的配置有这样一些地方要注意的:

(1) 电源输入端要跨接10μF~100μF的电解电容。有条件的话, 最好接入100μF以上的电解电容。

(2) 每一个集成芯片原则上都要配置一个0.01p F的瓷片电容。如果PCB板的空隙不够, 可在每4~8个芯片处配置一个1p F~10p F的低噪声钽电容。

(3) 电容的引线不能太长, 特别是高频旁路的电容不能有引线。

(4) 对于抗噪声能力弱, 关断时电位变化大的器件如ROM、RAM存储器件, 应在芯片的电源线和地线间直接接入去耦电容。

(5) PCB板中的按钮、接触器、继电器等元器件在操作时可能会产生火花放电, 必须用RC电路吸收。

2.3 电源线

在设计电源线过程中, 电源线的宽度要和PCB板中电流的大小相匹配, 还要尽可能的加粗电源线, 这样可以减少环路电阻。此外, 还要保证电源线、地线的走向和信号传递的方向一致, 这样可以增强抗干扰能力。

2.4 地线

PCB板上有很多的干扰是由电源线和地线产生的, 其中地线引起的干扰最大。地线形成干扰的主要原因是地线存在阻抗。当有电流流过地线时, 就会在地线上产生电压, 从而产生地线环路电流, 形成地线的环路干扰。当多个电路共用一段地线时, 就会形成公共阻抗耦合, 从而产生地线噪声。所以, 在设计地线时, 要注意以下几点:

(1) 数字、模拟电路分开。若线路板上既有高速逻辑电路, 又有线性电路, 应使他们尽量分开, 且采用不同的连接方式接地。此外, 要尽可能地加大线性电路的接地面积。

(2) 接地线尽量加粗。如果接地线很细, 接地电位会随着电流的变化而变化, 从而导致信号电平不稳定, 抗噪声性能降低。所以, 要将地线加粗, 使它能通过3倍于PCB板的允许电流。如果PCB板空间够大, 接地线宽度应在2mm以上为好。

3 结束语

PCB板用于安装和连接小型化元件、晶体管、集成电路等电路元器件。今天, PCB板在电子工业中已经占据了绝对统治的地位。我们在进行PCB板的设计时, 利用上述的设计技巧和注意点, 可以提高设计效率, 使设计更加规范化, 从而保证产品的性能、可靠性、安全性等。S

参考文献

[1]柳春锋.Protel 99 SE实用教程[M].高等教育出版社, 2007, 1.

[2]郑鹏思.Protel 99 SE入门与典型实例[M].人民邮电出版社, 2008, 10.

[3]黎小桃.Protel 99 SE入门与提高[M].电子工业出版社, 2009, 7.