【推荐】二十二个方向，讲电源PCB布板与EMC的关系

电源

本帖最后由松山归人于 2021-9-9 16:02 编辑

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。

分享点六：PCB设计之电源布局

1.首先衡量PCB尺寸与器件数量，做到疏密有致，要不然一块密，一块稀疏很难看。
2.将电路模块化，以核心器件为中心，关键器件优先放的原则一次放置器件。
3.器件呈垂直或水平防置，一是美观，二是方便插件作业，特殊情况可以考虑倾斜。
4.布局时需要考虑到走线，摆放到最合理位置方便后续走线。
5.布局时尽可能减小环路面积，四大环路后面会详解到。
做到上述几点，当然要灵活运用，比较合理的布局很快就会诞生。

篇幅过长，完整内容见附件：

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