經(jīng)典剖析電源PCB布板與EMC的關(guān)系（上）

說起開關(guān)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(guān)電源的難點之一（PCB設(shè)計不好，可能會導(dǎo)致無論怎么調(diào)試參數(shù)都調(diào)試布出來的情況，這么說并非危言聳聽）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(guī)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于EMC問題；下面從二十二個方向給大家分享下PCB布板與EMC。

分享點一：熟透電路方可從容進行PCB設(shè)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里；防雷擊的壓敏；防止沖擊電流的電阻R102（配合繼電器減小損耗）；關(guān)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(guī)布板影響的保險絲；這里的每一個器件都至關(guān)重要，要細細品味每一個器件的功能與作用。設(shè)計電路時就要考慮的EMC嚴酷等級從容設(shè)計，比如設(shè)置幾級濾波，Y電容數(shù)量的個數(shù)以及位置。壓敏大小數(shù)量選擇，都與我們對EMC的需求密切相關(guān)，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。

分享點二：電路與EMC（最熟悉的反激主拓撲，看看電路中哪些關(guān)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(yīng)的環(huán)路。電流可以產(chǎn)生磁場，產(chǎn)生的是穩(wěn)定的磁場，不能向電場轉(zhuǎn)化；但變化的電流產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場是可以產(chǎn)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(chǎn)生磁場。所以一定要關(guān)注那些有開關(guān)狀態(tài)的地方，那就是EMC源頭之一，這里就是EMC源頭之一(這里說之一當然后續(xù)還會講到其它方面）；比如電路中虛線環(huán)路，是開關(guān)管開通和關(guān)斷的環(huán)路，不僅設(shè)計電路時開關(guān)速度可以調(diào)節(jié)對EMC影響，布板走線環(huán)路面積也有著重要的影響！另二個環(huán)路是吸收環(huán)路和整流環(huán)路，先提前了解下，后面再講！

分享點三：PCB設(shè)計與EMC的關(guān)聯(lián)

1.PCB環(huán)路對EMC的影響非常重要，比如反激主功率環(huán)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(yīng)該有的效果。

3.結(jié)構(gòu)部分，散熱器設(shè)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(guān)管很近，必然會導(dǎo)致EMC很差，需要有清晰的隔離區(qū)域。

5.RC吸收回路的走線。

6.Y電容接地與走線，還有Y電容的位置也很關(guān)鍵等等！

先想到這說這些，后續(xù)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(nèi)縮的處理，大家可以學(xué)習(xí)下，如何讓電容引腳走線外掛（采用擠電流走線）。這樣X電容的濾波效果才能夠達到最佳狀態(tài)。

分享點四：PCB設(shè)計之準備事項：（準備充分了，方可設(shè)計步步穩(wěn)健，避免設(shè)計推翻重來）

大致有以下的一些方面，都是自己設(shè)計過程會去考慮，所有的內(nèi)容跟別的教程無關(guān)，都是只是自己的經(jīng)驗總結(jié)。

1.外觀結(jié)構(gòu)尺寸，包括定位孔，風(fēng)道流向，輸入輸出插座，需要與客戶系統(tǒng)匹配，還需要與客戶溝通裝配上的問題，限高等等。

2.安規(guī)認證，產(chǎn)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(shè)計：有沒有特殊期間，如定制件封裝準備。

4.工藝路線選定：單面板雙面板選擇，或是多層板，根據(jù)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(jié)構(gòu)工藝相對會更靈活，安規(guī)還是比較固定的部分，做什么認證，過什么安規(guī)標準，當然也有一些安規(guī)是很多標準中通用的，但也有一些特殊產(chǎn)品比如醫(yī)療會比較嚴苛。

為了新入門工程師朋友們不至于眼花繚亂；

接下來列出些普遍產(chǎn)品通用的,下面是對于IEC60065總結(jié)出來的具體布板要求，針對安規(guī)需要牢記，碰到具體產(chǎn)品要會針對性處理：

1.輸入保險絲焊盤制件的距離安規(guī)要求大于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，之后按照3.0MM爬電距離）

2.整流橋前后安規(guī)要求2.0MM，布板按照2.5MM。

3.整流后安規(guī)一般不做要求，但是高低壓間根據(jù)實際電壓大小留距離，習(xí)慣400V高壓留2.0MM以上。

4.初次級間安規(guī)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(guān)，需要查表具體計算，提供數(shù)據(jù)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；

再次重申實際安規(guī)距離跟實際輸入電壓相關(guān)以及工作環(huán)境有關(guān)，需要查表具體計算，提供數(shù)據(jù)僅供參考，以實際場合為準；

分享點五：PCB設(shè)計之安規(guī)考慮其它因素

1.明白自己產(chǎn)品做什么認證，屬于什么產(chǎn)品種類，比如醫(yī)療，通信，電力，TV等各不相同，但也有很多相通的地方。

2.安規(guī)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，并且會計算電氣距離，爬電距離。

3.產(chǎn)品的安規(guī)器件重點注意，比如變壓器磁性與原副邊關(guān)系；

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。保險絲前后距離布一致。

6.Y電容與漏電流，接觸電流關(guān)系。

等等，后續(xù)會詳細說明距離該怎么留，如何做好安規(guī)要求。

分享點六：PCB設(shè)計之電源布局

1.首先衡量PCB尺寸與器件數(shù)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(guān)鍵器件優(yōu)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(yè)，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后續(xù)走線。

5.布局時盡可能減小環(huán)路面積，四大環(huán)路后面會詳解到。

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(xué)習(xí)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(qū)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？

這里采用由下至上，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(huán)路以及LLC主功率環(huán)路；

4.副邊的電流比較大，為了走電流，以及整流管散熱，采用了這樣的布局，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(guān)鍵，大家從中能理解布局合理選取的含義嗎？

分享點七：PCB實例賞析

可以根據(jù)之前談?wù)摰腜CB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，可以借此板學(xué)習(xí)討論！后面還會針對此板講解學(xué)習(xí)，大家先欣賞下。

分享點八：PCB設(shè)計之四大環(huán)路認識：（PCB布局的基本要求就是四大環(huán)路面積小）

補充一下，吸收環(huán)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(chǎn)生高頻輻射的環(huán)路，對上圖有任何疑問，都歡迎討論，不怕任何質(zhì)疑，只要是針對問題的質(zhì)疑，一起討論學(xué)習(xí)才能更大的進步！

分享點九：PCB設(shè)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(guān)點），是高頻輻射點，布局走線對EMC影響很大。

2.熱點構(gòu)成的環(huán)路小，走線短，并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，采樣地單獨走。

4.散熱器的地需要接主功率地。

分享點十：EMC整改心得體會

均為個人理解，或許與傳統(tǒng)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(jié)果沒我自己總結(jié)的使用，自夸了。想說的很多，可能有些亂，都是實踐出來的!

一.EMC產(chǎn)生以及測試時測得的結(jié)果如何去理解：簡單來說就是如何對癥下****，很多情況拿到第一輪測試結(jié)果，怎么將結(jié)果和電源去對照分析；主題思路如下：

1.針對傳導(dǎo)，測試范圍標準15K-30M，常見的EN55022是150K起。傳導(dǎo)的源頭是怎么產(chǎn)生的呢？針對低頻，主要是開關(guān)頻率以及其倍頻（后續(xù)有圖解），這種從源頭是無法解決的，開關(guān)頻率是無法消除的，當然你可以改變開關(guān)頻率，那也只是將測試結(jié)果移動了，并沒有真正意義上消除。只能通過濾波器來解決，一般來說對于低頻采用R10K這種高磁通材質(zhì)有很好的效果，磁環(huán)大小跟你功率有關(guān)系，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，高頻的起因就復(fù)雜多了，有開關(guān)導(dǎo)致，有變壓器可能，也有電感的可能，也就就是一切存在開關(guān)狀態(tài)的地方都可能存在(怎么判斷具體位置，后續(xù)講解），這里需要一番摸索；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，采用低磁通材質(zhì)，如鎳鋅環(huán)，感量一般都是UH級別的，配合合適Y電容（比較復(fù)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(xiàn)實幫助不大，設(shè)計時一般我們X電容都會放到合適的值。并且增大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(dǎo)，個人覺得沒什么用。我覺得比較好的手段有幾個：1.對照接地和不解地總結(jié)差異，不接地可能更差，原因是系統(tǒng)構(gòu)造的傳導(dǎo)途徑少了；也可能有改善，說明是通過地回路傳導(dǎo)到端口。具體解決措施，針對電路接地的點Y電容進行調(diào)節(jié)以及加磁珠。2.在輸入端口套磁環(huán)，若套低U環(huán)有改善，調(diào)節(jié)第一級濾波電感。3復(fù)雜的系統(tǒng)注意EMI電路的屏蔽措施。若措施都沒什么效果，反省PCB設(shè)計，這方面在PCB設(shè)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(jié)果，若是30M附近超出，跟接地相關(guān)，系統(tǒng)上找接地，并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(nèi)，一般是MOS管開通關(guān)斷引起，有時后為了現(xiàn)場不好直接判斷是開通還是關(guān)斷，可針對性整改觀測結(jié)果去驗證(當然這都得花錢，后續(xù)會講解如何用示波器去判斷，這可是密招）。3 100M以上多為二極管引起，整改二極管吸收電容，大功率的有的可能是同步整流，更改MOS管吸收環(huán)路，記住有時候調(diào)整C時還得配合R整改。

要說的太多，后續(xù)針對具體實例去補充吧，先手打這么多，反正我打的夠辛苦，能引起共鳴很難，畢竟每個人的整改經(jīng)歷差很多，就當給新人朋友一些啟示吧，后續(xù)會舉例說明！

分享點十一：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(guān)重要的作用，走的不好，可能失去其應(yīng)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回路中失效。

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。

分享點十二：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(qū)動電路，在電路設(shè)計時緊靠MOS管放置，也就是說IC提供的驅(qū)動只需要引二根線拉到驅(qū)動電路，驅(qū)動電路離MOS管近，避免被干擾(同時走線時也要注意驅(qū)動干擾到敏感信號，既是敏感信號也是干擾源）；一旦驅(qū)動被干擾電源可想而知。

同理同步整流的MOS管驅(qū)動也要離同步整流管近，設(shè)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(huán)路，PFC電容與MOS管以及變壓器，諧振電感，諧振電容構(gòu)成的環(huán)路面積??；

副邊整流濾波環(huán)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(qū)動以及對應(yīng)的參考電壓。

至于EMC方面LLC的開通是軟開關(guān)，開通對EMC幾乎沒有影響，重點關(guān)注是關(guān)斷速度的快慢對EMC影響；還有MOS管結(jié)電容并的電容對EMC影響很大，選擇電容不合適，或是不加（MOS管自身也有結(jié)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(guān)干擾；