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《LED開(kāi)關(guān)電源之PCB規(guī)劃和布局布線》

《LED開(kāi)關(guān)電源之PCB規(guī)劃和布局布線》 ? 目錄 ? 1.0 LED開(kāi)關(guān)電源VS普通開(kāi)關(guān)電源 2.0 PCB基本概念 3.0 元器件選擇 4.0 標(biāo)準(zhǔn)遵循 5.0 PCB規(guī)劃及DC-DC轉(zhuǎn)換器布局布線 5.1 PCB規(guī)劃 5.1.1 確定電源架構(gòu) 5.1.2 確定PCB材質(zhì)、尺寸和層數(shù) 5.1.3 PCB電路布局和布線 6.0 最常用DC-DC轉(zhuǎn)換器布局要點(diǎn) 6.1 DC-DC環(huán)流 6.2 DC-DC布局要點(diǎn) 6.2.1 PCB布局要點(diǎn) 6.2.2 輸入電容器的布局 6.2.3 續(xù)流二極管的布局 6.2.4 熱焊盤 ? ? ? LED開(kāi)關(guān)電源之PCB規(guī)劃和布局布線 ? ? 1.0 LED開(kāi)關(guān)電源VS普通開(kāi)關(guān)電源 LED開(kāi)關(guān)電源和普通開(kāi)關(guān)電源的區(qū)別主要在于它們的輸出特性和應(yīng)用場(chǎng)景。 LED開(kāi)關(guān)電源具有較高的輸出電壓穩(wěn)定性。由于LED光源對(duì)電壓的要求較為嚴(yán)格，因此，LED開(kāi)關(guān)電源采用了先進(jìn)的電壓穩(wěn)定控制技術(shù)，可以在電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)保持相對(duì)穩(wěn)定的輸出電壓。由于大多數(shù)電子設(shè)備對(duì)電壓的要求相對(duì)寬松，因此，普通開(kāi)關(guān)電源不像LED開(kāi)關(guān)電源那樣注重電壓的精準(zhǔn)控制，其輸出電壓會(huì)有一定程度的波動(dòng)。 LED開(kāi)關(guān)電源采用高頻開(kāi)關(guān)器件和高效變壓器，以最大程度地減少能量損耗來(lái)提高效率，使得它在節(jié)能環(huán)保方面表現(xiàn)出色。普能開(kāi)關(guān)電源雖然也使用了高頻開(kāi)關(guān)器件和變壓器，但由于其適用范圍較廣，設(shè)計(jì)上會(huì)權(quán)衡其它因素，如：成本和容量等，這使得它的能量轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低。 LED開(kāi)關(guān)電源電路通常由開(kāi)關(guān)電路和反饋電路組成，強(qiáng)調(diào)恒流、小體積、長(zhǎng)壽命、低熱損和精準(zhǔn)輸出控制，還注重防水、防腐、防靜電，并要求減少高頻污染。普通開(kāi)關(guān)電源更廣泛地應(yīng)用于各種電子設(shè)備，更側(cè)重于基本的電源功能轉(zhuǎn)換，強(qiáng)調(diào)輸出電壓的穩(wěn)定性、實(shí)用性和適應(yīng)性。 LED開(kāi)關(guān)電源具有過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、雷擊保護(hù)、浪涌保護(hù)、反接保護(hù)、短路保護(hù)、電磁保護(hù)等多重保護(hù)，功率因數(shù)（PF）可達(dá)0.99，相較普通開(kāi)關(guān)電源使用更安全。 ? 2.0 PCB基本概念 PCB是Printed Circuit Board的縮寫(xiě)，中文名為印制電路板或印刷電路板。 它通過(guò)電子印刷技術(shù)在絕緣基材上印刷上銅箔或其他導(dǎo)體，形成所需的電路圖案，然后通過(guò)蝕刻或其他工藝完成電路的制作。 從結(jié)構(gòu)上看，PCB主要由薄膜金屬材料制成的導(dǎo)線和非導(dǎo)體基板構(gòu)成。這些導(dǎo)線按照預(yù)定的設(shè)計(jì)布局插入到非導(dǎo)體基板中，形成復(fù)雜的電路網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，PCB可以將電子元器件固定在一個(gè)機(jī)械載體上，并通過(guò)導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)它們之間的電氣連接。 在功能方面，PCB不僅提供了電子元器件固定裝配的機(jī)械支撐，還實(shí)現(xiàn)了電子元器件之間的布線、電氣連接、信號(hào)傳輸、熱管理、元件保護(hù)和電絕緣。 機(jī)械支撐與固定：PCB為電子元器件提供了穩(wěn)固的機(jī)械支撐和固定。元器件通過(guò)焊接或插入方式安裝在PCB上，確保了它們的準(zhǔn)確定位和穩(wěn)定性。 電氣連接：PCB上的金屬導(dǎo)線和接點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)為電子元器件之間提供了電氣連接。這種連接實(shí)現(xiàn)了元器件之間的信號(hào)傳輸、功率分配和數(shù)據(jù)交換，是開(kāi)關(guān)電源正常工作的基礎(chǔ)。 信號(hào)傳輸：PCB上的導(dǎo)線網(wǎng)絡(luò)作為信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ溃沟秒娮釉骷軌蛳嗷ネㄐ拧＿@些信號(hào)可以是模擬信號(hào)，如圖像，也可以是數(shù)字信號(hào)，如數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。 熱管理：PCB的結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計(jì)有助于傳導(dǎo)和分散熱量，從而有效地管理電子元器件產(chǎn)生的熱量，防止過(guò)熱，提高系統(tǒng)的可靠性。 保護(hù)元器件：PCB還可以保護(hù)電子元器件免受機(jī)械損壞、灰塵、潮濕等外部環(huán)境的影響，確保元器件在惡劣環(huán)境中也能正常工作。 此外，PCB還能提供所需的電氣特性，確保開(kāi)關(guān)電源的正常運(yùn)行。其制造品質(zhì)直接影響開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)定性和使用壽命，甚至影響與其緊密相關(guān)的LED產(chǎn)品的整體競(jìng)爭(zhēng)力。 PCB線路是印制電路板上的導(dǎo)電圖形，它主要由線路與圖面、介電層、孔、防焊油墨、絲印和表面處理等部分組成。 線路與圖面是同時(shí)做出的，作為原件之間導(dǎo)通的工具，在設(shè)計(jì)上會(huì)另外設(shè)計(jì)大銅面作為接地及電源層。介電層用來(lái)保持線路及各層之間的絕緣性，俗稱為基材。孔包括導(dǎo)通孔和非導(dǎo)通孔，導(dǎo)通孔可使兩層次以上的線路彼此導(dǎo)通，非導(dǎo)通孔通常用來(lái)作為表面貼裝定位和組裝時(shí)固定螺絲用。防焊油墨用于隔絕非吃錫的銅面，避免線路間短路。絲印主要功能是在電路板上標(biāo)注各零件的名稱、位置框，方便維修及辨識(shí)。表面處理是為了保護(hù)銅面不被氧化，提高焊錫性。 根據(jù)不同的應(yīng)用需求，PCB可以分為單面板、雙面板和多層板。 ? 3.0 元器件選擇 在PCB規(guī)劃和布局布線中，元器件的選擇是一個(gè)關(guān)鍵步驟，它直接影響到電路的性能、可靠性和成本。選擇合適的元器件需要綜合考慮多個(gè)因素，包括電路的功能和性能要求、元器件的規(guī)格和參數(shù)、封裝形式與尺寸、可靠性與壽命、供應(yīng)商的可選范圍、交貨時(shí)間與庫(kù)存可用性、替代性與兼容性、成本因素等，只有全面考慮這些因素，才能選擇出最適合的元器件，確保產(chǎn)品的質(zhì)量和性能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。 3.1 性能需求 性能需求是選擇PCB元器件的首要依據(jù)。根據(jù)產(chǎn)品的功能要求，我們需要確定所需元器件的性能參數(shù)，如電阻值、電容值、電感值、工作電壓和電流等。同時(shí)，還需要考慮元器件的精度和穩(wěn)定性，以滿足產(chǎn)品的整體性能要求。 3.2 元器件的規(guī)格和參數(shù) 元器件的各項(xiàng)參數(shù)通常可以在其數(shù)據(jù)手冊(cè)中找到。查閱數(shù)據(jù)手冊(cè)載有元器件件的性能和適用條件，同時(shí)，數(shù)據(jù)手冊(cè)還可提供元器件的模型和封裝尺寸等信息，能幫助我們?cè)谧鱌CB規(guī)劃和布局布線時(shí)準(zhǔn)確地選用元器件。 3.3 封裝形式與尺寸 封裝形式和尺寸也是選擇PCB元器件時(shí)需要關(guān)注的重要方面。封裝形式?jīng)Q定了元器件在PCB上的安裝方式，而尺寸則影響PCB的布局和布線。在選擇元器件時(shí)，應(yīng)確保所選元器件的封裝形式與PCB設(shè)計(jì)相匹配，同時(shí)考慮元器件尺寸對(duì)布線密度和散熱性能的影響。 3.4 可靠性與壽命 元器件的可靠性和壽命直接關(guān)系到產(chǎn)品的穩(wěn)定性和使用壽命。在選擇元器件時(shí)，應(yīng)考慮其工作環(huán)境、溫度范圍、抗震能力等因素，并優(yōu)先選擇經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試和認(rèn)證、具有良好聲譽(yù)的供應(yīng)商和品牌。 3.5 供應(yīng)商的可選范圍 在選元器件時(shí)，還需考慮元器件的供應(yīng)商。不同的供應(yīng)商在元器件的質(zhì)量、價(jià)格、交貨期等方面會(huì)有一定的差異。因此，為保證元器件的可采購(gòu)性和成本控制，需要對(duì)各個(gè)供應(yīng)商的元器件進(jìn)行比較和評(píng)估。 3.6 成本因素 成本是選擇PCB元器件時(shí)不可忽視的因素。在滿足性能、可靠性和封裝要求的前提下，應(yīng)盡量選擇價(jià)格合理的元器件，以降低產(chǎn)品成本。同時(shí)，也要注意避免為了追求低成本而犧牲產(chǎn)品的性能和可靠性。 3.7 交貨時(shí)間與庫(kù)存可用性 在選擇PCB元器件時(shí)，還需要考慮其交貨時(shí)間和庫(kù)存可用性。對(duì)于需要緊急生產(chǎn)的產(chǎn)品，應(yīng)選擇交貨時(shí)間較短的元器件；對(duì)于庫(kù)存有限的元器件，應(yīng)及時(shí)了解其供應(yīng)情況，以避免因缺貨而影響產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性（不得不選用替代品）和生產(chǎn)進(jìn)度。 3.8 替代性與兼容性 在選擇PCB元器件時(shí)，還應(yīng)考慮其替代性和兼容性。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，一些元器件可能會(huì)被淘汰或更新?lián)Q代。因此，在選擇元器件時(shí)，應(yīng)盡量選擇具有廣泛替代性的產(chǎn)品，以便在需要時(shí)能夠方便地更換或升級(jí)。同時(shí)，還需要考慮元器件與其他組件的兼容性，以確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 ? 4.0 標(biāo)準(zhǔn)遵循 4.1 PCB（Printed Circuit Board，印刷電路板）線路規(guī)劃和布局布線所應(yīng)遵循的標(biāo)準(zhǔn)通常包括以下幾個(gè)方面： 4.1.1 電氣性能標(biāo)準(zhǔn)，包括電氣安全、電氣性能參數(shù)等。這些標(biāo)準(zhǔn)通常由國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）或其他相關(guān)組織制定。 4.1.2 尺寸標(biāo)準(zhǔn)，包括板厚、線寬、線間距、孔徑等尺寸參數(shù)的設(shè)計(jì)要求。這些標(biāo)準(zhǔn)通常由IPC（Association Connecting Electronics Industries）或其他行業(yè)組織發(fā)布。 4.1.3 焊接標(biāo)準(zhǔn)，包括焊盤設(shè)計(jì)、焊接墊設(shè)計(jì)、阻焊、噴錫等焊接工藝的設(shè)計(jì)要求。這些標(biāo)準(zhǔn)通常由IPC或其他相關(guān)組織發(fā)布。 4.1.4 材料標(biāo)準(zhǔn)，包括PCB板材料、覆銅厚度、阻焊油墨、印刷油墨等材料的選用和使用要求。這些標(biāo)準(zhǔn)通常由IPC或其他行業(yè)組織發(fā)布。 4.1.5 環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，包括PCB在不同環(huán)境條件下的使用要求，如耐高溫、耐濕熱、抗震動(dòng)等性能要求。這些標(biāo)準(zhǔn)通常由相關(guān)行業(yè)組織或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織發(fā)布。 4.2 PCB（Printed Circuit Board，印刷電路板）產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 4.2.1?IPC-A-610：這是國(guó)際電子行業(yè)協(xié)會(huì)制定的PCBA檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，主要針對(duì)電子組裝產(chǎn)品的外觀、焊接、布局、尺寸和電氣連接等方面的要求進(jìn)行檢驗(yàn)。 4.2.2?IPC-A-600：這是IPC制定的PCB（Printed Circuit Board，印刷電路板）檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，主要涵蓋PCB的尺寸、外觀、焊盤、布局、線路通斷等方面的要求。 4.2.3?J-STD-001：這是電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)（JEDEC）制定的電子組裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要針對(duì)電子組裝的焊接工藝進(jìn)行檢驗(yàn)。 4.2.4?ISO 9001：這是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定的質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)，包括了PCBA制造過(guò)程中的檢驗(yàn)控制要求，如材料采購(gòu)、生產(chǎn)過(guò)程和出貨檢驗(yàn)等。 4.2.5?UL認(rèn)證：UL（Underwriters Laboratories）是一個(gè)獨(dú)立的安全科學(xué)機(jī)構(gòu)，其認(rèn)證標(biāo)志表示產(chǎn)品已經(jīng)通過(guò)了相關(guān)的安全測(cè)試和評(píng)估。 4.2.6?ROHS指令：ROHS（Restriction of Hazardous Substances）是歐盟制定的限制有害物質(zhì)的指令，要求電子產(chǎn)品中的某些有害物質(zhì)含量必須在特定限制范圍內(nèi)。 ? 5.0 PCB規(guī)劃及DC-DC轉(zhuǎn)換器布局布線 5.1 PCB規(guī)劃 5.1.1確定電源架構(gòu) 開(kāi)關(guān)電源主回路由輸入電路、變換器、控制電路和輸出電路四個(gè)板塊構(gòu)成。它們可包括：輸入濾波、輸入整流、高頻開(kāi)關(guān)、采樣、基準(zhǔn)電源、比較放大、震蕩器、V/F轉(zhuǎn)換、基極驅(qū)動(dòng)、輸出整流、輸出濾波等電路以及功率因數(shù)校正、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、雷擊保護(hù)、浪涌保護(hù)、反接保護(hù)、短路保護(hù)、電磁保護(hù)、同步整流、開(kāi)關(guān)電源軟啟動(dòng)、PWM（PFM）調(diào)制等輔助電路。 開(kāi)關(guān)電源主回路中功率器件的連接方式，即，開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多種，但它們都是由BUCK（降壓型）、BOOST（升壓型）和BUCK-BOOST（極性反轉(zhuǎn)型）三種形式轉(zhuǎn)換而來(lái)，例如：丘克式（CUK）（極性反轉(zhuǎn)電容傳輸式）、單端正激式、單端反激式、雙晶體管正激式、推挽式、半橋式、全橋式等。 實(shí)際應(yīng)用中，可根椐功能需求對(duì)開(kāi)關(guān)電源的主回路架構(gòu)、主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電流環(huán)路和輔助電路等進(jìn)行適宜性、合理性設(shè)定。 ? ? 5.1.2 確定PCB材質(zhì)、尺寸和層數(shù) 5.1.2.1 PCB材質(zhì) 在PCB規(guī)劃過(guò)程中，板材的選擇和厚度確定是關(guān)鍵步驟。需要考慮的因素包括板材的應(yīng)用環(huán)境、電氣性能、機(jī)械性能、熱性能、可靠性要求、加工工藝和生產(chǎn)成本等。通常，高頻電路需要選擇低損耗的板材，而承重較大的PCB則需要選擇具有優(yōu)良機(jī)械性能的板材。此外，板材的厚度應(yīng)根據(jù)電路的復(fù)雜性和層數(shù)進(jìn)行合理選擇，以平衡強(qiáng)度、剛性和制造成本。 PCB板的熱性能主要指的是PCB板材在面對(duì)溫度變化時(shí)的各種物理和化學(xué)性能表現(xiàn)，包括但不限于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）、熱分解溫度（Td）、熱膨脹系數(shù)（CTE）、耐熱裂時(shí)間（T260&T288值）以及阻燃等級(jí)。 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）：指PCB基材在加熱過(guò)程中從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z態(tài)的溫度。Tg值越高，表示基材的熱穩(wěn)定性越好，適用于高溫環(huán)境下的應(yīng)用。 熱分解溫度（Td）：指PCB基材在加熱過(guò)程中開(kāi)始分解的溫度。Td值越高，表示基材的熱穩(wěn)定性越好，能夠承受更高的溫度而不發(fā)生分解。 熱膨脹系數(shù)（CTE）：指PCB材料在溫度變化時(shí)線性膨脹或收縮的程度。CTE值意味著材料在溫度變化時(shí)的尺寸變化較小，有助于減少熱應(yīng)力對(duì)PCB的影響。 耐熱裂時(shí)間（T260&T288值）：表示在特定強(qiáng)熱環(huán)境中，PCB板材能夠抵抗Z軸膨脹

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《非隔離開(kāi)關(guān)電源的PCB布局》

當(dāng)你第一次為原型電源板供電時(shí)，最好的消息是它不僅可以工作，而且還可以安靜而酷地運(yùn)行。不幸的是，這種情況并不總是發(fā)生。 開(kāi)關(guān)電源的一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題是開(kāi)關(guān)波形“不穩(wěn)定”。有時(shí)，波形抖動(dòng)非常明顯，以至于可以從磁性元件中聽(tīng)到可聽(tīng)見(jiàn)的噪音。如果問(wèn)題與印刷電路板(PCB)布局有關(guān)，則很難確定原因。這就是為什么在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的早期階段，正確的PCB布局是非常關(guān)鍵的。它的重要性怎么強(qiáng)調(diào)都不為過(guò)。 電源設(shè)計(jì)師是最了解最終產(chǎn)品中電源的技術(shù)細(xì)節(jié)和功能要求的人。他或她應(yīng)該從一開(kāi)始就與PCB布局設(shè)計(jì)師在關(guān)鍵的供應(yīng)布局上密切合作。 良好的布局設(shè)計(jì)可以優(yōu)化供電效率，減輕熱應(yīng)力，最重要的是，最大限度地減少噪聲和跡線和組件之間的相互作用。為了實(shí)現(xiàn)這些，設(shè)計(jì)人員必須了解開(kāi)關(guān)電源中的電流傳導(dǎo)路徑和信號(hào)流。下面的討論介紹了非隔離開(kāi)關(guān)電源的適當(dāng)布局設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

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