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二十二个方向,讲电源PCB布板与EMC的关系

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麦田里的守望者
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LV6
高级工程师
  • 2021-9-9 16:17:29
说起开关电源的难点问题,PCB布板问题不算很大难点,但若是要布出一个精良PCB板一定是开关电源的难点之一(PCB设计不好,可能会导致无论怎么调试参数都调试布出来的情况,这么说并非危言耸听)原因是PCB布板时考虑的因素还是很多的,如:电气性能,工艺路线,安规要求,EMC影响等等;考虑的因素之中电气是最基本的,但是EMC又是最难摸透的,很多项目的进展瓶颈就在于EMC问题;下面从二十二个方向给大家分享下PCB布板与EMC。

分享点一:熟透电路方可从容进行PCB设计之EMI电路


                  


上面的电路对EMC的影响可想而知,输入端的滤波器都在这里;防雷击的压敏;防止冲击电流的电阻R102(配合继电器减小损耗);关键的虑差模X电容以及和电感配合滤波的Y电容;还有对安规布板影响的保险丝;这里的每一个器件都至关重要,要细细品味每一个器件的功能与作用。设计电路时就要考虑的EMC严酷等级从容设计,比如设置几级滤波,Y电容数量的个数以及位置。压敏大小数量选择,都与我们对EMC的需求密切相关,欢迎大家一起讨论看似简单其实每个元器件蕴含深刻道理的EMI电路。


分享点二:电路与EMC(最熟悉的反激主拓扑,看看电路中哪些关键地方蕴含了EMC的机理)

               

上图的电路中打圈几部分:对EMC影响非常重要(注意绿色部分不是的),比如辐射大家都知道电磁场辐射是空间的,但基本的原理是磁通量的变化,磁通量涉及到磁场有效截面积,也就是电路中对应的环路。电流可以产生磁场,产生的是稳定的磁场,不能向电场转化;但变化的电流产生变化的磁场,变化的磁场是可以产生电场(其实这就是有名的麦克斯韦方程我用通俗语言来说),变化的电场同理可产生磁场。所以一定要关注那些有开关状态的地方,那就是EMC源头之一,这里就是EMC源头之一(这里说之一当然后续还会讲到其它方面); 比如电路中虚线环路,是开关管开通和关断的环路,不仅设计电路时开关速度可以调节对EMC影响,布板走线环路面积也有着重要的影响!另二个环路是吸收环路和整流环路,先提前了解下,后面再讲!


分享点三:PCB设计与EMC的关联

  

1.PCB环路对EMC的影响非常重要,比如反激主功率环路,如果太大的话辐射会很差。

2.滤波器走线效果,滤波器是用来滤去干扰的,但若是PCB走线不好的话,滤波器就可能失去应该有的效果。

3.结构部分,散热器设计接地不好会影响,屏蔽版的接地等;

4.敏感部分与干扰源头过近,比如EMI电路与开关管很近,必然会导致EMC很差,需要有清晰的隔离区域。

5.RC吸收回路的走线。

6.Y电容接地与走线,还有Y电容的位置也很关键等等!

等等。先想到这说这些,后续会具体讨论,先起个引子。


下面举一个小例子:


                                            

如上图中虚线框,X电容引脚走线做了内缩的处理,大家可以学习下,如何让电容引脚走线外挂(采用挤电流走线)。这样X电容的滤波效果才能够达到最佳状态。


分享点四:PCB设计之准备事项:(准备充分了,方可设计步步稳健,避免设计推翻重来)

  

大致有以下的一些方面,都是自己设计过程会去考虑,所有的内容跟别的教程无关,都是只是自己的经验总结。
1.外观结构尺寸,包括定位孔,风道流向,输入输出插座,需要与客户系统匹配,还需要与客户沟通装配上的问题,限高等等。
2.安规认证,产品做哪种认证,哪些地方做到基本绝缘爬电距离要留够,哪些地方做到加强绝缘留够距离或开槽。
3.封装设计:有没有特殊期间,如定制件封装准备。
4.工艺路线选定:单面板双面板选择,或是多层板,根据原理图及板子尺寸,成本等综合评估。
5.客户的其他特殊要求。

结构工艺相对会更灵活,安规还是比较固定的部分,做什么认证,过什么安规标准,当然也有一些安规是很多标准中通用的,但也有一些特殊产品比如医疗会比较严苛。

为了新入门工程师朋友们不至于眼花缭乱;

接下来列出些普遍产品通用的,下面是对于IEC60065总结出来的具体布板要求,针对安规需要牢记,碰到具体产品要会针对性处理:
1.输入保险丝焊盘制件的距离安规要求大于3.0MM,实际布板按照3.5MM(简单说保险丝前按照3.5MM爬电距离,之后按照3.0MM爬电距离)
2.整流桥前后安规要求2.0MM,布板按照2.5MM。
3.整流后安规一般不做要求,但是高低压间根据实际电压大小留距离,习惯400V高压留2.0MM以上。
4.初次级间安规要求6.4MM(电气间隙),爬电距离按照7.6MM为最佳。(注意这个跟实际输入电压相关,需要查表具体计算,提供数据仅供参考,以实际场合为准)
5.初次级用冷地,热地标识清晰;L,N标识,输入AC INPUT标识,保险丝警告标识等等都需要清晰标出;
大家对上面有疑问的,也可以讨论,互相学习!
再次重申实际安规距离跟实际输入电压相关以及工作环境有关,需要查表具体计算,提供数据仅供参考,以实际场合为准;

分享点五:PCB设计之安规考虑其它因素

  

1.明白自己产品做什么认证,属于什么产品种类,比如医疗,通信,电力,TV等各不相同,但也有很多相通的地方。

2.安规中与PCB布板紧密的地方,了解绝缘的特点,哪些地方是基本绝缘,哪些地方是加强绝缘,不同标准绝缘距离是不一样的。最好是会查标准,并且会计算电气距离,爬电距离。

3.产品的安规器件重点注意,比如变压器磁性与原副边关系;

4.散热器与周边距离问题,散热器接的地不一样绝缘情况也不一样,接大地还是冷地,热地绝缘也布一样。

5.保险的距离特别注意,要求最严格地方。保险丝前后距离布一致。

6.Y电容与漏电流,接触电流关系。


等等,后续会详细说明距离该怎么留,如何做好安规要求。

篇幅过长,完整内容下载附件学习: 二十二个方向,讲电源PCB布板与EMC的关系.pdf (1.23 MB, 下载次数: 166)

wzk0752
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LV6
高级工程师
  • 2021-10-30 13:55:12
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你好!看了你的资料,有可能我认识你,你在创xx河工作过吗?
月下的小马
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LV6
高级工程师
  • 2021-11-18 15:25:39
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楼主高人   特来学习
爱美丽的菜狗子
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LV6
高级工程师
  • 2022-1-24 15:58:24
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感谢分享啊
ho_bo
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初级工程师
  • 2024-2-19 11:39:01
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有用的讲解知识
studyplacefor
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初级工程师
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