從22個方向來分享下PCB布板與EMC（上）

導讀：說起開關電源的難點問題，PCB布板問題不算很大難點，但若是要布出一個精良PCB板一定是開關電源的難點之一（PCB設計不好，可能會導致無論怎麼調試參數都調試布出來的情況，這麼說並非危言聳聽）原因是PCB布板時考慮的因素還是很多的，如：電氣性能，工藝路線，安規要求，EMC影響等等；考慮的因素之中電氣是最基本的，但是EMC又是最難摸透的，很多項目的進展瓶頸就在於EMC問題；下面從二十二個方向給大家分享下PCB布板與EMC。

一、熟透電路方可從容進行PCB設計之EMI電路

上面的電路對EMC的影響可想而知，輸入端的濾波器都在這裡；防雷擊的壓敏；防止衝擊電流的電阻R102（配合繼電器減小損耗）；關鍵的慮差模X電容以及和電感配合濾波的Y電容；還有對安規布板影響的保險絲；這裡的每一個器件都至關重要，要細細品味每一個器件的功能與作用。設計電路時就要考慮的EMC嚴酷等級從容設計，比如設置幾級濾波，Y電容數量的個數以及位置。壓敏大小數量選擇，都與我們對EMC的需求密切相關，歡迎大家一起討論看似簡單其實每個元器件蘊含深刻道理的EMI電路。 二、電路與EMC：（最熟悉的反激主拓撲，看看電路中哪些關鍵地方蘊含了EMC的機理）

上圖的電路中打圈幾部分：對EMC影響非常重要（注意綠色部分不是的），比如輻射大家都知道電磁場輻射是空間的，但基本的原理是磁通量的變化，磁通量涉及到磁場有效截面積，也就是電路中對應的環路。電流可以產生磁場，產生的是穩定的磁場，不能向電場轉化；但變化的電流產生變化的磁場，變化的磁場是可以產生電場（其實這就是有名的麥克斯韋方程我用通俗語言來說），變化的電場同理可產生磁場。所以一定要關注那些有開關狀態的地方，那就是EMC源頭之一，這裡就是EMC源頭之一(這裡說之一當然後續還會講到其它方面）； 比如電路中虛線環路，是開關管開通和關斷的環路，不僅設計電路時開關速度可以調節對EMC影響，布板走線環路面積也有著重要的影響！另二個環路是吸收環路和整流環路，先提前了解下，後面再講！三、PCB設計與EMC的關聯1.PCB環路對EMC的影響非常重要，比如反激主功率環路，如果太大的話輻射會很差。 2.濾波器走線效果，濾波器是用來濾去干擾的，但若是PCB走線不好的話，濾波器就可能失去應該有的效果。 3.結構部分，散熱器設計接地不好會影響，屏蔽版的接地等；4.敏感部分與干擾源頭過近，比如EMI電路與開關管很近，必然會導致EMC很差，需要有清晰的隔離區域。 5.RC吸收迴路的走線。 6.Y電容接地與走線，還有Y電容的位置也很關鍵等等！ 等等。先想到這說這些，後續會具體討論，先起個引子。 下面舉一個小例子：

如上圖中虛線框，X電容引腳走線做了內縮的處理，大家可以學習下，如何讓電容引腳走線外掛（採用擠電流走線）。這樣X電容的濾波效果才能夠達到最佳狀態。四、PCB設計之準備事項：（準備充分了，方可設計步步穩健，避免設計推翻重來） 大致有以下的一些方面，都是自己設計過程會去考慮，所有的內容跟別的教程無關，都是只是自己的經驗總結。 1.外觀結構尺寸，包括定位孔，風道流向，輸入輸出插座，需要與客戶系統匹配，還需要與客戶溝通裝配上的問題，限高等等。 2.安規認證，產品做哪種認證，哪些地方做到基本絕緣爬電距離要留夠，哪些地方做到加強絕緣留夠距離或開槽。 3.封裝設計：有沒有特殊期間，如定製件封裝準備。 4.工藝路線選定：單面板雙面板選擇，或是多層板，根據原理圖及板子尺寸，成本等綜合評估。 5.客戶的其他特殊要求。 結構工藝相對會更靈活，安規還是比較固定的部分，做什麼認證，過什麼安規標準，當然也有一些安規是很多標準中通用的，但也有一些特殊產品比如醫療會比較嚴苛。為了新入門工程師朋友們不至於眼花繚亂；接下來列出些普遍產品通用的,下面是對於IEC60065總結出來的具體布板要求，針對安規需要牢記，碰到具體產品要會針對性處理： 1.輸入保險絲焊盤製件的距離安規要求大於3.0MM，實際布板按照3.5MM（簡單說保險絲前按照3.5MM爬電距離，之後按照3.0MM爬電距離）2.整流橋前後安規要求2.0MM，布板按照2.5MM。 3.整流後安規一般不做要求，但是高低壓間根據實際電壓大小留距離，習慣400V高壓留2.0MM以上。 4.初次級間安規要求6.4MM(電氣間隙），爬電距離按照7.6MM為最佳。（注意這個跟實際輸入電壓相關，需要查表具體計算，提供數據僅供參考，以實際場合為準） 5.初次級用冷地，熱地標識清晰；L，N標識，輸入AC INPUT標識，保險絲警告標識等等都需要清晰標出。

大家對上面有疑問的，也可以討論，互相學習！ 再次重申實際安規距離跟實際輸入電壓相關以及工作環境有關，需要查表具體計算，提供數據僅供參考，以實際場合為準；五、PCB設計之安規考慮其它因素1.明白自己產品做什麼認證，屬於什麼產品種類，比如醫療，通信，電力，TV等各不相同，但也有很多相通的地方。 2.安規中與PCB布板緊密的地方，了解絕緣的特點，哪些地方是基本絕緣，哪些地方是加強絕緣，不同標準絕緣距離是不一樣的。最好是會查標準，並且會計算電氣距離，爬電距離。 3.產品的安規器件重點注意，比如變壓器磁性與原副邊關係； 4.散熱器與周邊距離問題，散熱器接的地不一樣絕緣情況也不一樣，接大地還是冷地，熱地絕緣也布一樣。 5.保險的距離特別注意，要求最嚴格地方。保險絲前後距離布一致。 6.Y電容與漏電流，接觸電流關係。 後續會詳細說明距離該怎麼留，如何做好安規要求。六、PCB設計之電源布局

1.首先衡量PCB尺寸與器件數量，做到疏密有致，要不然一塊密，一塊稀疏很難看。 2.將電路模塊化，以核心器件為中心，關鍵器件優先放的原則一次放置器件。 3.器件呈垂直或水平防置，一是美觀，二是方便插件作業，特殊情況可以考慮傾斜。 4.布局時需要考慮到走線，擺放到最合理位置方便後續走線。 5.布局時儘可能減小環路面積，四大環路後面會詳解到。 做到上述幾點，當然要靈活運用，比較合理的布局很快就會誕生。 下面是我畫的第一塊處女PCB板，好多年前的事情，當時非常的艱苦完成的，中間可能有小問題，不過大體布局還是值得學習的：

此圖功率密度還是比較高，其中LLC的控制部分，輔助源部分以及BUCK電路驅動（大功率多路輸出）部分在小板上，就沒拿出來，看看主功率方面的布局特點吧： 1.輸入輸出端子是固定死的，不能動，板子是長方形的，主功率流向如何去選擇？ 這裡採用由下至上，由左及右的方式來布局，散熱是依靠外殼。 2.EMI電路還是清晰的流向，這點很重要，要不混亂了不美觀也對EMC不好。 3.大電容的位置盡量考慮到了PFC環路以及LLC主功率環路； 4.副邊的電流比較大，為了走電流，以及整流管散熱，採用了這樣的布局，整流管在上，BUCK電路MOS管在下，散熱分散效果好；大功率的頂層一般走負，底層走正。 每個板子有自己的特點，當然也有自己的難處，如何合理解決是關鍵，大家從中能理解布局合理選取的含義嗎？

七、PCB實例賞析

可以根據之前談論的PCB布局要點，檢視此板，是否做的很到位，我認為是做到比較好的地方了，當然瑕疵總會有，也可以提出來，單面板如此緊湊能做到這樣已實屬不易了，可以藉此板學習討論！後面還會針對此板講解學習，大家先欣賞下。

八、PCB設計之四大環路認識：（PCB布局的基本要求就是四大環路面積小）

補充一下，吸收環路（RCD吸收以及MOS管的RC吸收，整流管的RC吸收）也很重要，也是產生高頻輻射的環路，對上圖有任何疑問，都歡迎討論，不怕任何質疑，只要是針對問題的質疑，一起討論學習才能更大的進步！九、PCB設計之熱點（浮動電位點）及地線：

注意事項： 1.針對熱點，一定要特別注意（高頻開關點），是高頻輻射點，布局走線對EMC影響很大。 2.熱點構成的環路小，走線短，並且走線不是越粗越好，而是夠走電流夠用就好。 3.地線要單點接地。主功率地和信號地分開，採樣地單獨走。 4.散熱器的地需要接主功率地。

十、EMC整改心得體會

均為個人理解，或許與傳統資料教材有差異，請自己斟酌，反正我覺得很多通用的教材結果沒我自己總結的使用，自誇了。想說的很多，可能有些亂，都是實踐出來的! EMC產生以及測試時測得的結果如何去理解：簡單來說就是如何對症下藥，很多情況拿到第一輪測試結果，怎麼將結果和電源去對照分析；主題思路如下： 1、針對傳導，測試範圍標準15K-30M，常見的EN55022是150K起。傳導的源頭是怎麼產生的呢？針對低頻，主要是開關頻率以及其倍頻（後續有圖解），這種從源頭是無法解決的，開關頻率是無法消除的，當然你可以改變開關頻率，那也只是將測試結果移動了，並沒有真正意義上消除。只能通過濾波器來解決，一般來說對於低頻採用R10K這種高磁通材質有很好的效果，磁環大小跟你功率有關係，一般達到10MH感量，甚至更大到20MH，配合Y電容一般能很好解決，低頻不是難點；真正的難點是高頻，個人認為，高頻的起因就複雜多了，有開關導致，有變壓器可能，也有電感的可能，也就就是一切存在開關狀態的地方都可能存在(怎麼判斷具體位置，後續講解），這裡需要一番摸索；找到源頭未必源頭能解決，可能有改善，還是的配合濾波器。針對高頻，採用低磁通材質，如鎳鋅環，感量一般都是UH級別的，配合合適Y電容（比較複雜的電源，建議布板時多留幾個Y電容位置，方便整改）； 2、一些配合手段，很多教材都提到增大X電容判斷差模還是共模，有一定意義可能現實幫助不大，設計時一般我們X電容都會放到合適的值。並且增大X電容就能解決差模問題，也是瞎扯，所以很多教材都是提供一定意義指導，個人覺得沒什麼用。我覺得比較好的手段有幾個：1.對照接地和不解地總結差異，不接地可能更差，原因是系統構造的傳導途徑少了；也可能有改善，說明是通過地迴路傳導到埠。具體解決措施，針對電路接地的點Y電容進行調節以及加磁珠。2.在輸入埠套磁環，若套低U環有改善，調節第一級濾波電感。3複雜的系統注意EMI電路的屏蔽措施。若措施都沒什麼效果，反省PCB設計，這方面在PCB設計中會講到。 3、針對輻射：必須找出源頭去解決，觀測第一次測試結果，若是30M附近超出，跟接地相關，系統上找接地，並且要判斷測試時是否接地良好，有時候輸入線都有影響。2.40M-100M以內，一般是MOS管開通關斷引起，有時後為了現場不好直接判斷是開通還是關斷，可針對性整改觀測結果去驗證(當然這都得花錢，後續會講解如何用示波器去判斷，這可是密招）。3 100M以上多為二極體引起，整改二極體吸收電容，大功率的有的可能是同步整流，更改MOS管吸收環路，記住有時候調整C時還得配合R整改。 要說的太多，後續針對具體實例去補充吧，先手打這麼多，反正我打的夠辛苦，能引起共鳴很難，畢竟每個人的整改經歷差很多，就當給新人朋友一些啟示吧，後續會舉例說明！

十一、布板走線之濾波電容走線

濾波電容的走線對濾波效果有至關重要的作用，走的不好，可能失去其應有的濾波效果。 圖一是副邊整流濾波走法，使二個電容效果分攤，避免第二個電容在整流迴路中失效。

圖二：為輸出濾波電容走線，一定不要外掛（也就是被旁路掉），走的不好輸出紋波很差。

十二、LLC電路的布板與EMC

LLC電路大家最熟悉不過了，虛線圓圈是驅動電路，在電路設計時緊靠MOS管放置，也就是說IC提供的驅動只需要引二根線拉到驅動電路，驅動電路離MOS管近，避免被干擾(同時走線時也要注意驅動干擾到敏感信號，既是敏感信號也是干擾源）；一旦驅動被干擾電源可想而知。 同理同步整流的MOS管驅動也要離同步整流管近，設計原理圖時像此圖這樣放就能很好理解，假如你將這電路給PCB工程師布板，他就很直觀如何布局走線，你若是畫得很亂，很多PCB工程師對電路理解得布透徹可能就容易布錯板。 另外：原邊有一個重要的環路，PFC電容與MOS管以及變壓器，諧振電感，諧振電容構成的環路面積小； 副邊整流濾波環路同樣重要，電容的走線之前講過，也很重要； 走線時注意高低壓的距離，有些地方電壓是浮動的，必須當作高壓來對待，比如上管驅動以及對應的參考電壓。 至於EMC方面LLC的開通是軟開關，開通對EMC幾乎沒有影響，重點關注是關斷速度的快慢對EMC影響；還有MOS管結電容並的電容對EMC影響很大，選擇電容不合適，或是不加（MOS管自身也有結電容）對EMC都可能有影響，這是重點注意的地方；此圖沒有Y電容，在MOS管正或者負防置Y電容也能很好濾去開關干擾； 對此電路有什麼疑問的，可以提出來討論，在討論中彼此成長！

（未完待續...）