開關(guān)電源作為現(xiàn)代電子設(shè)備的重要組成部分，其布局設(shè)計(jì)至關(guān)重要。合理的布局不僅能保障電源的安全運(yùn)行，還能提高能源轉(zhuǎn)換效率，延長設(shè)備使用壽命。以下將詳細(xì)介紹開關(guān)電源布局的幾個(gè)關(guān)鍵原則：

一、安全性原則

安全始終是開關(guān)電源布局的首要考慮。在布局過程中，應(yīng)確保電源組件之間的安全間距，防止因短路或高壓放電而引發(fā)的安全事故。同時(shí)，對于易燃、易爆等危險(xiǎn)區(qū)域，應(yīng)采取額外的隔離和保護(hù)措施，以降低潛在風(fēng)險(xiǎn)。

二、效率性原則

開關(guān)電源的布局應(yīng)有利于提高能源轉(zhuǎn)換效率。這要求設(shè)計(jì)者在布局時(shí)充分考慮電源線路的走向、長度和截面面積等因素，以減少不必要的能量損耗。此外，合理選擇和使用高效率的電源組件，如變壓器、整流器等，也是提高整體效率的關(guān)鍵。

三、熱設(shè)計(jì)原則

開關(guān)電源在工作過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，因此熱設(shè)計(jì)是布局中不可忽視的一環(huán)。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)電源的實(shí)際功率和散熱需求，合理規(guī)劃散熱片和風(fēng)扇的位置，確保熱量的及時(shí)散發(fā)，防止因過熱而導(dǎo)致的性能下降或損壞。

四、可維護(hù)性原則

為了便于日后的維護(hù)和管理，開關(guān)電源的布局應(yīng)遵循簡潔明了、易于操作的原則。具體來說，應(yīng)避免過于復(fù)雜的線路設(shè)計(jì)，保持組件之間的清晰標(biāo)識(shí)，并預(yù)留足夠的操作空間以便維修人員進(jìn)行檢修和更換。

開關(guān)電源布局與走線原則

? 布線安全規(guī)則

開關(guān)電源的設(shè)計(jì)，涵蓋了布局、走線和間距等多個(gè)方面。在布線時(shí)，必須遵循安全規(guī)則。布線時(shí)需遵循安全規(guī)則，防止焊接時(shí)的“橋接短路”問題。為防止焊接時(shí)的“橋接短路”問題，雙面板子線間的距離通常設(shè)定為0.3mm，而單面板子線間的距離則為0.5mm。此外，焊盤與焊盤、過孔之間的距離也需控制在0.5mm以上，以確保焊盤與過孔的間距符合安全要求。

? 間距控制

間距方面，非絕緣外殼的開關(guān)電源，其散熱器與其它部件之間的距離應(yīng)大于5mm，以確保安全。散熱器與部件間距大于5mm。同時(shí)，輸出走線與外殼的距離也需保持至少2mm以上，以應(yīng)對高溫環(huán)境可能導(dǎo)致的外皮熱收縮問題。此外，大電解防爆槽前端的設(shè)計(jì)也需考慮足夠的空間，以便在必要時(shí)電解電容能夠順暢瀉壓。

? 爬電間距的影響與設(shè)計(jì)

爬電間距也是一個(gè)重要的考量因素。它是指沿著絕緣表面測量的兩個(gè)導(dǎo)電零件或?qū)щ娏慵c設(shè)備防護(hù)之間的最短距離。由于導(dǎo)體周圍的絕緣材料會(huì)發(fā)生電極化，導(dǎo)致材料帶電，這個(gè)帶電的半徑被稱為爬電距離或簡稱爬距。爬距的計(jì)算公式為：爬距 = 表面距離 / 系統(tǒng)最高電壓。由此可見，系統(tǒng)電壓越高，所需的爬電間距就越大。同時(shí)，爬電間距還會(huì)受到工作電壓、污染等級、絕緣等級以及材料類型的影響。在PCB板子上，高壓器件和低壓器件之間必須進(jìn)行隔離，并確保滿足最小的爬電距離要求。

為確保爬電間距的有效性，通常采用割槽的方法來隔離高壓和低壓器件。割槽是將一小段PCB區(qū)域去除，從而達(dá)成隔離的目的。需注意的是，槽孔的形狀往往不規(guī)則，這與我們常規(guī)使用的DIP封裝圓形鉆孔有所不同。在PCB加工過程中，插件的鉆孔涉及兩種刀具：鉆刀，用于鉆圓形通孔;以及銑刀，用于鉆槽孔。為確保爬電距離足夠且效果最佳，開槽的寬度通常設(shè)計(jì)為大于1mm。在PCB拼板時(shí)，必須綜合考慮分板的可行性，確保元件與板邊之間的距離足夠，同時(shí)也要考慮分板過程中產(chǎn)生的應(yīng)力是否可能導(dǎo)致元件脫翹。

開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET構(gòu)成。

當(dāng)設(shè)計(jì)高頻開關(guān)電源時(shí)，布局非常重要。良好的布局可以解決這類電源的許多問題。因布局而出現(xiàn)的問題，通常在大電流時(shí)顯現(xiàn)出來，并且在輸入和輸出電壓之間的壓差較大時(shí)更加明顯。一些主要的問題是在大的輸出電流和/或大的輸入/輸出電壓差時(shí)調(diào)節(jié)能力的下降，在輸出和開頭波形上的額外噪聲，以及不穩(wěn)定性。應(yīng)用下面的幾個(gè)簡單原則就可以把這類問題最小化。

電感器

開關(guān)電源盡量使用低EMI(EleCTRo Magnetic Interference)的帶鐵氧體閉合磁芯的電感器。比如圓形的或封閉的E型磁芯。如果開口磁芯(open cores)具有較低的EMI特性，并且離低功率導(dǎo)線和元件較遠(yuǎn)，也可以使用。如果使用開口磁芯，使磁芯的兩極與PCB板垂直也是一個(gè)好主意。棒狀磁芯(stick cores)通常用來消除大部分不需要的噪聲。

反饋

盡量使反饋回路遠(yuǎn)離電感器和噪聲源。還要盡可能使反饋線為直線，并且要粗一點(diǎn)。有時(shí)需要在這兩種方案之間折衷一下，但使反饋線遠(yuǎn)離電感器的EMI和其它噪聲源是兩者當(dāng)中更關(guān)鍵的一條。在PCB上使反饋線位于與電感器相對的一側(cè)，并且中間用接地層分開。

濾波電容器

當(dāng)使用小容量瓷質(zhì)輸入濾波電容器時(shí)，它應(yīng)該盡可能靠近IC的VIN引腳。這將消除盡可能多的線路電感影響，給內(nèi)部IC線路一個(gè)更干凈的電壓源。開關(guān)電源一些設(shè)計(jì)需要使用前饋電容器從輸出端連接到反饋引腳，通常是為了穩(wěn)定性的原因。在這種情況下，它的位置也應(yīng)該盡量靠近IC。使用表貼電容還會(huì)減少引線長度，從而減少噪聲耦合進(jìn)因通孔元件而造成的有效天線(effective antenna)。

補(bǔ)償

如果為了穩(wěn)定性，需要加入外部補(bǔ)償元件，它們也應(yīng)該盡量靠近IC。這里也建議使用表貼元件，原因同對濾波電容的討論。這些元件也不應(yīng)該離電感器太近。

走線和接地層

使所有的電源(大電流)走線盡可能短、直、粗。在一塊標(biāo)準(zhǔn)PCB板上，最好使走線的每安絕對最小寬度為15mil(0.381mm)。電感器、輸出電容器和輸出二極管應(yīng)該盡可能靠在一起。這樣可以幫助減少在大開關(guān)電流流過它們時(shí)，由開關(guān)電源走線引起的EMI。這也會(huì)減少引線電感和電阻，從而減少噪聲尖峰、鳴震(ringing)和阻性損耗，這些都會(huì)產(chǎn)生電壓誤差。IC的接地、輸入電容器、輸出電容器和輸出二極管(如果有的話)應(yīng)該一起直接連接到一個(gè)接地面。最好在PCB的兩面都設(shè)置接地面。這樣會(huì)減少接地環(huán)路誤差和吸收更多的由電感器產(chǎn)生的EMI，從而減少了噪聲。對于多于兩層的多層板，可以用接地面分開電源面(電源走線和元件所在的區(qū)域)和信號(hào)面(反饋和補(bǔ)償元件所在的區(qū)域)以提高性能。在多層板上，需要使用通孔把走線和不同的面連接起來。如果走線需要從一個(gè)面?zhèn)鬏斠粋€(gè)較大的電流到另一個(gè)面，每200mA電流使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通孔，是一個(gè)良好的習(xí)慣。

排列元件，使得開頭電流環(huán)同方向旋轉(zhuǎn)。根據(jù)開頭調(diào)節(jié)器的運(yùn)行方式，有兩種功率狀態(tài)。一個(gè)狀態(tài)是當(dāng)開頭閉合時(shí)，另一個(gè)狀態(tài)是當(dāng)開頭斷開時(shí)。在每種狀態(tài)期間，將由當(dāng)前導(dǎo)通的功率器件產(chǎn)生一個(gè)電流環(huán)。排列功率器件，以使每種狀態(tài)期間電流環(huán)的導(dǎo)通方向相同。這會(huì)防止兩個(gè)半環(huán)之間的走線產(chǎn)生磁場反轉(zhuǎn)，并可減少EMI的放射。

散熱

當(dāng)使用表貼功率IC或外部功率開關(guān)時(shí)，PCB通?？梢杂米魃崞?。這就是用PCB上的敷銅面來幫助器件散熱。參照特定器件手冊中有關(guān)使用PCB散熱的信息。這通?？梢允∪ラ_關(guān)電源外加的散熱裝置。