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作者：麥斯艾姆 為什么要考慮布局布線和散熱問題 功率電子電路實際上是一個小功率電路和大功率電路并存于一體的電路系統。一個完整 的功率電子電路通常包括有控制電路、驅動電路和功率輸出電路三個組成部分。下面引出 4 個問題及解決思路。 1. 電磁干擾問題。 功率電子電路的功率輸出部分通常采用開關工作方式，電路中講發生大電壓和大電 流的突變。這種突變可通過電源和信號線對相連的電路產生干擾（傳導干擾），同時對 周圍環境產生較強的電磁輻射（輻射干擾）。 而 功率電路中的控制電路部分屬于小功率電路，其信號幅度較低，對 噪聲比較敏感， 抗干擾性差。噪聲干擾可能導致控制電路部分的邏輯或時序錯誤，輕則影響電路性能， 重則是電路無法工作。 對于傳導干擾，可以通過電源隔離、信號隔離、濾波等方式抑制。而對于輻射干擾， 通常只能通過合理的電路布局、走線以及屏蔽等措施來削弱電磁干擾的影響。 2. 強弱電隔離問題。 在功率電子電路中，控制電路部分采用低電壓供電，通常只有幾伏或十幾伏，屬于 弱電范疇；而 功率輸出部分的電壓比較高，在幾十伏至幾千伏的范圍內，屬于強電范疇。 強弱電之間隔離不當，會發生大火或部分短路現象，造成弱點部分電路的損壞。 布局和布線時，應注意強弱電之間的導線間距符合爬電距離規范。 3. 大電流問題。 功率輸出部分是大電流輸出，可達幾安至幾千安。大電流會導致導線發熱，嚴重情 況下，會燒斷導線，是電路無法失效。 布線時，應注意合理計算導線寬度以承載正常工作時的大電流。 4. 器件散熱問題。 功率輸出器件由于本身的開關損耗和管耗等因素影響，發熱會比較嚴重，需要采用 有效的手段進行散熱，以保證器件連續長時間正常工作。可 加裝散熱片或散熱器來解決。 綜上，除了合理的電路設計之外，電路安裝方面，合理的電路布局、走線及有效的 散熱也是保障電路正常工作必不可少的因素。 如何進行合理布局布線以及解決散熱問題 1. 布局 控制電路部分，其信號幅度小，精度要求高，抗干擾性差，尤其是其模擬部分。 驅動電路部分是連接控制電路和功率輸出電路的中間環節，輸入時控制電路所提供 的信號，有一定抗干擾能力，但對于驅動輸出部分的打信號而言，抗干擾能力還是很脆 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創建 www.fineprint.cn 弱。因此，驅動電路一方面應防止外來噪聲的干擾，同時，也應防止自身輸出信號對輸 入信號的噪聲干擾。 功率輸出部分電壓高、電流大，一般以開關形式工作。是電路的最主要干擾源。應 防止其對其他電路的干擾，另外，應避免引線 電感引起的柵極（ MOSFET/IGBT）電路 振蕩。 布局基本原則： a. 控制電路部分盡量遠離功率輸出部分和驅動電路的輸出端，尤其是其模擬部分。 b. 驅動電路信號輸入部分盡量遠離功率輸出部分。 c. 控制和驅動電路的元件應圍繞其電路核心部件進行布局，以盡量縮短器件之間 連線為原則進行合理排列。（連線短意味著少接收電磁輻射。） d. 驅動電路輸出端與功率輸出器件的位置靠近，避免引線電感引起的柵極振蕩。 （MOSFET/IGBT 適用。） e. 如有必要，可采用電磁屏蔽方式以降低干擾。 2. 布線 合理走線的前提是對于電路工作情況非常熟悉。如，了解哪些導線傳送模擬信號， 哪些是數字信號；哪些導線的信號頻率高，哪些是低頻；哪些導線是強電，哪些上面加 載的是弱電；哪些導線是大電流工作，哪些是小電流；大電流的導線上電流的最大可能 值是多少等等。 熟悉這些之后，我們通過以下幾方面來實現電路的合理布線： a. 合理走線 合理走線，就是設法減小電路中的分布電容、雜散電感及其對電路的影響。 分布電容：對于高頻信號，或者對脈沖信號的上升沿、下降沿要求較高的 電路，要盡量減小分布電路。具體做法：增大導線間距或避免導線平行，雙層 板尤其要避免導線平行，應盡量保持相互垂直（雙層板上的導線如果平行，分 布電容比單面的更大）。 雜 散 電 感 ： 傳 送 高 頻 信號的部件盡可能離得近一些，其連線盡可能短，而 相互間傳送低頻信號的部件即使離得稍遠一些，連線稍長一些也無妨。 b. 地線連接 較大的工作電流流過比較長的地線，在地線兩端就會產生一個電位差，這 個電位差有可能會引起控制電路的自激或信號串擾，破壞控制電路工作的精度。 而驅動電路部分和功率輸出部分的電流更大，在地線兩端產生的電位差同樣不 容忽視；還有一種情況，就是數字電路和模擬電路同時存在的情況，為了避免 互相干擾，兩條回路需要分開走，即數字地與模擬地分開，然后采用下述一點 接地將兩個地連接起來。 解決方法：一點接地方式。即，將一個單元的所有接地線先連接在一起， 形成一個集中的接地點，然后再與其他單元電路的接地點并接在一起構成整個 地線。這樣，即使地線兩端有一定得電位差，作為每一個單元電路，其內部元 件所接的電位是基本相同的，單元電路的工作不會受到影響。 此外，電源線與地線最好并行相鄰排列，這樣可使每個環路所包圍的面積 最小，減小電磁干擾。 麥斯艾姆（ massembly）貼片知識課堂PCB設計規范化第三節，用通俗的文字介紹專業貼片知識。麥斯艾姆科技，全國首家 PCB樣板打板，元器件代采購，及貼片的一站式服務提供者！ 詳情請訪問： Massembly, 麥斯艾姆科技有限公司
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發表于 2013-1-13 21:20:12
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