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1、电源PCB设计与EMC的关联分析导读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；1、熟透电路方可从容进行PCB设计之EMI电路RHIE RUID KIHC RHlB RH1AI50KA皿 I54KH2M IMK/
2、g !5(K/n0 IVKilW RIOJ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。2、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
3、）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
4、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！3、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!先想到这说这些,后续会具体讨论，先起个引子。下面举一个
5、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。4、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。.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
6、。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
7、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.OMM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；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；5、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
8、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。6、PCB设计之电源布局1首先衡量PCB尺寸与器件数
9、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。下面是我画的第一块处女PCB板,好多年前的事情,当时非常的艰苦完成 的,中间可能有小问题,不过大体布局还是值得学习的：此图功率密度还是比较高,其中LLC的控制部分,辅助源部分以及BUCK 电路驱动（大功率多路输出）部分在小板上,就没
10、拿出来,看看主功率方面的布 局特点吧：1 .输入输出端子是固定死的，不能动，板子是长方形的，主功率流向如何去 选择？这里采用由下至上,由左及右的方式来布局,散热是依靠外壳。2. EMI电路还是清晰的流向,这点很重要,要不混乱了不美观也对EMC不 好。3. 大电容的位置尽量考虑到了 PFC环路以及LLC主功率环路；4. 副边的电流比较大,为了走电流，以及整流管散热,采用了这样的布局, 整流管在上,BUCK电路MOS管在下,散热分散效果好；大功率的顶层一般走 负，底层走正。每个板子有自己的特点,当然也有自己的难处，如何合理解决是关键,大家 从中能理解布局合理选取的含义吗？7、PCB实例赏析可以根据
11、之前谈论的PCB布局要点，检视此板，是否做的很到位，我认为是做到比较 好的地方了，当然瑕疵总会有,也可以提出来，单面板如此紧凑能做到这样已实属不易了， 可以借此板学习讨论!后面还会针对此板讲解学习，大家先欣赏下。8、PCB设计之四大环路认识：（PCB布局的基本要求就是四大环路面积小）补充一下，吸收环路（RCD吸收以及MOS管的RC吸收，整流管的RC吸收）也很 重要，也是产生高频辐射的环路，对上图有任何疑问，都欢迎讨论，不怕任何质疑，只要是 针对问题的质疑，一起讨论学习才能更大的进步!9、PCB设计之热点（浮动电位点）及地线:注意事项:1 .针对热点，一定要特别注意（高频开关点）,是高频辐射点,
12、布局走线对 EMC影响很大。2. 热点构成的环路小,走线短,并且走线不是越粗越好,而是够走电流够用 就好。3. 地线要单点接地。主功率地和信号地分开,采样地单独走。4. 散热器的地需要接主功率地。10、EMC整改心得体会均为个人理解,或许与传统资料教材有差异,请自己斟酌,反正我觉得很多 通用的教材结果没我自己总结的使用,自夸了。想说的很多,可能有些乱,都是 实践出来的！-EMC产生以及测试时测得的结果如何去理解:简单来说就是如何对症下药，很多情况拿到第一轮测试结果，怎么将结果和电源去对照分析；主题思路如 下：1 .针对传导，测试范围标准15K-30M ,常见的EN55022是150K起。传导
13、的源头是怎么产生的呢？针对彳氐频，主要是开关频率以及其倍频（后续有图解）, 这种从源头是无法解决的,开关频率是无法消除的,当然你可以改变开关频率, 那也只是将测试结果移动了,并没有真正意义上消除。只能通过滤波器来解决, 般来说对于低频采用R10K这种高磁通材质有很好的效果，磁环大小跟你功率 有关系,般达到10MH感量,甚至更大到20MH ,配合Y电容一般能很好解 决,低频不是难点；真正的难点是高频,个人认为,高频的起因就复杂多了,有 开关导致,有变压器可能,也有电感的可能,也就就是一切存在开关状态的地方 都可能存在（怎么判断具体位置,后续讲解），这里需要一番摸索；找到源头未 必源头能解决,可能
14、有改善,还是的配合滤波器。针对高频,采用低磁通材质, 如镣锌环,感量一般都是UH级别的,配合合适Y电容（比较复杂的电源,建 议布板时多留几个Y电容位置,方便整改）；2.些配合手段,很多教材都提到增大X电容判断差模还是共模，有一定意 义可能现实帮助不大,设计时一般我们X电容都会放到合适的值。并且增大X 电容就能解决差模问题,也是瞎扯,所以很多教材都是提供一定意义指导,个人 觉得没什么用。我觉得比较好的手段有几个:1 .对照接地和不解地总结差异,不 接地可能更差,原因是系统构造的传导途径少了 ；也可能有改善,说明是通过地 回路传导到端口。具体解决措施,针对电路接地的点Y电容进行调节以及加磁 珠。2
15、.在输入端口套磁环,若套彳氐U环有改善,调节第一级滤波电感。3复杂的 系统注意EMI电路的屏蔽措施。若措施都没什么效果，反省PCB设计，这方面 在PCB设计中会讲到。3.针对辐射:必须找出源头去解决，观测第一次测试结果,若是30M附近 超出,跟接地相关,系统上找接地，并且要判断测试时是否接地良好,有时候输 入线都有影响。2.40M-100M以内,一般是MOS管开通关断引起,有时后为了 现场不好直接判断是开通还是关断,可针对性整改观测结果去验证（当然这都得 花钱,后续会讲解如何用示波器去判断,这可是密招）。3 100M以上多为二极 管引起,整改二极管吸收电容,大功率的有的可能是同步整流，更改MO
16、S管吸 收环路,记住有时候调整C时还得配合R整改。要说的太多,后续针对具体实例去补充吧，先手打这么多,反正我打的够辛 苦,能引起共鸣很难,毕竟每个人的整改经历差很多,就当给新人朋友一些启示 吧,后续会举例说明！11.布板走线之滤波电容走线滤波电容的走线对滤波效果有至关重要的作用，走的不好，可能失去其应有 的滤波效果。图一是副边整流滤波走法,使二个电容效果分摊,避免第二个电容在整流回 路中失效。图二：为输出滤波电容走线，一定不要外挂（也就是被旁路掉）,走的不好 输出纹波很差。12、LLC电路的布板与EMCLLC电路大家最熟悉不过了，虚线圆圈是驱动电路，在电路设计时紧靠MOS管放置， 也就是说IC提供的驱动只需要引二根线拉到驱动电路,
