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【工程师经验分享】如何通过元件摆放来改善电路板的EMI?

2019-08-26
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在设计好电路结构和器件位置后,PCB的EMI把控对于整体设计就变得异常重要。如何对开关电源当中的PCB电磁干扰进行避免就成了一个开发者们非常关心的话题。在本文中,小编将为大家介绍如何通过元件布局的把控来对EMI进行控制。


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


以上,就是如何通过对元件摆放及布局来对PCB电路板中的电磁干扰进行控制和抑制的一些方法。这些步骤稍有纰漏都有可能造成产品的EMI不合格,因此对其进行充分的了解是非常有必要的,正遇到此类问题的朋友可以将本文进行收藏,作为资料储备。


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