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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(shí)際上是一個(gè)小功率電路和大功率電路并存于一體的電路系統(tǒng)。一個(gè)完整 的功率電子電路通常包括有控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和功率輸出電路三個(gè)組成部分。下面引出 4 個(gè)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(guān)工作方式，電路中講發(fā)生大電壓和大電 流的突變。這種突變可通過電源和信號(hào)線對相連的電路產(chǎn)生干擾（傳導(dǎo)干擾），同時(shí)對 周圍環(huán)境產(chǎn)生較強(qiáng)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(hào)幅度較低，對 噪聲比較敏感， 抗干擾性差。噪聲干擾可能導(dǎo)致控制電路部分的邏輯或時(shí)序錯(cuò)誤，輕則影響電路性能， 重則是電路無法工作。 對于傳導(dǎo)干擾，可以通過電源隔離、信號(hào)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(qiáng)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(nèi)，屬于強(qiáng)電范疇。 強(qiáng)弱電之間隔離不當(dāng)，會(huì)發(fā)生大火或部分短路現(xiàn)象，造成弱點(diǎn)部分電路的損壞。 布局和布線時(shí)，應(yīng)注意強(qiáng)弱電之間的導(dǎo)線間距符合爬電距離規(guī)范。 3. 大電流問題。 功率輸出部分是大電流輸出，可達(dá)幾安至幾千安。大電流會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線發(fā)熱，嚴(yán)重情 況下，會(huì)燒斷導(dǎo)線，是電路無法失效。 布線時(shí)，應(yīng)注意合理計(jì)算導(dǎo)線寬度以承載正常工作時(shí)的大電流。 4. 器件散熱問題。 功率輸出器件由于本身的開關(guān)損耗和管耗等因素影響，發(fā)熱會(huì)比較嚴(yán)重，需要采用 有效的手段進(jìn)行散熱，以保證器件連續(xù)長時(shí)間正常工作�？� 加裝散熱片或散熱器來解決。 綜上，除了合理的電路設(shè)計(jì)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(jìn)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(hào)幅度小，精度要求高，抗干擾性差，尤其是其模擬部分。 驅(qū)動(dòng)電路部分是連接控制電路和功率輸出電路的中間環(huán)節(jié)，輸入時(shí)控制電路所提供 的信號(hào)，有一定抗干擾能力，但對于驅(qū)動(dòng)輸出部分的打信號(hào)而言，抗干擾能力還是很脆 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 www.fineprint.cn 弱。因此，驅(qū)動(dòng)電路一方面應(yīng)防止外來噪聲的干擾，同時(shí)，也應(yīng)防止自身輸出信號(hào)對輸 入信號(hào)的噪聲干擾。 功率輸出部分電壓高、電流大，一般以開關(guān)形式工作。是電路的最主要干擾源。應(yīng) 防止其對其他電路的干擾，另外，應(yīng)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(yuǎn)離功率輸出部分和驅(qū)動(dòng)電路的輸出端，尤其是其模擬部分。 b. 驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)輸入部分盡量遠(yuǎn)離功率輸出部分。 c. 控制和驅(qū)動(dòng)電路的元件應(yīng)圍繞其電路核心部件進(jìn)行布局，以盡量縮短器件之間 連線為原則進(jìn)行合理排列。（連線短意味著少接收電磁輻射。） d. 驅(qū)動(dòng)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(dǎo)線傳送模擬信號(hào)， 哪些是數(shù)字信號(hào)；哪些導(dǎo)線的信號(hào)頻率高，哪些是低頻；哪些導(dǎo)線是強(qiáng)電，哪些上面加 載的是弱電；哪些導(dǎo)線是大電流工作，哪些是小電流；大電流的導(dǎo)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(shí)現(xiàn)電路的合理布線： a. 合理走線 合理走線，就是設(shè)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(hào)，或者對脈沖信號(hào)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(dǎo)線間距或避免導(dǎo)線平行，雙層 板尤其要避免導(dǎo)線平行，應(yīng)盡量保持相互垂直（雙層板上的導(dǎo)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(hào)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(hào)的部件即使離得稍遠(yuǎn)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(huì)產(chǎn)生一個(gè)電位差，這 個(gè)電位差有可能會(huì)引起控制電路的自激或信號(hào)串?dāng)_，破壞控制電路工作的精度。 而驅(qū)動(dòng)電路部分和功率輸出部分的電流更大，在地線兩端產(chǎn)生的電位差同樣不 容忽視；還有一種情況，就是數(shù)字電路和模擬電路同時(shí)存在的情況，為了避免 互相干擾，兩條回路需要分開走，即數(shù)字地與模擬地分開，然后采用下述一點(diǎn) 接地將兩個(gè)地連接起來。 解決方法：一點(diǎn)接地方式。即，將一個(gè)單元的所有接地線先連接在一起， 形成一個(gè)集中的接地點(diǎn)，然后再與其他單元電路的接地點(diǎn)并接在一起構(gòu)成整個(gè) 地線。這樣，即使地線兩端有一定得電位差，作為每一個(gè)單元電路，其內(nèi)部元 件所接的電位是基本相同的，單元電路的工作不會(huì)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(gè)環(huán)路所包圍的面積 最小，減小電磁干擾。 麥斯艾姆（ massembly）貼片知識(shí)課堂PCB設(shè)計(jì)規(guī)范化第三節(jié)，用通俗的文字介紹專業(yè)貼片知識(shí)。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(wù)提供者！ 詳情請?jiān)L問： Massembly, 麥斯艾姆科技有限公司
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發(fā)表于 2013-1-13 21:20:12
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