开关电源的EMC设计PCB部分

盘算开关电源的难点问题，PCB设计也算一个，虽不算太难，但如果设计不好，则可能会导致无论怎么调试参数都调试不出来的情况，这么说并非危言耸听，原因是PCB设计时考虑的因素确实有很多。

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。

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。

（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）

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，布板走线环路面积也有着重要的影响！

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。

下面举一个小例子：

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。

（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。

1、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。

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2.0MM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。

大家对上面有疑问的话，也可以文末评论区讨论，互相学习！

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。

1、明白自己产品做什么认证，属于什么产品种类，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。

后续会详细说明距离该怎么留，如何做好安规要求。

1、首先衡量PCB尺寸与器件数量，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？

（PCB布局的基本要求就是四大环路面积小）

注意事项：

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。传导的源头是怎么产生的呢？针对低频，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，一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，一般达到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，可能有改善，还是的配合滤波器。针对高频，采用低磁通材质，如镍锌环，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、一些配合手段

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：

3、针对辐射

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！

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。

• 原边有一个重要的环路，PFC电容与MOS管以及变压器，谐振电感，谐振电容构成的环路面积小。
• 副边整流滤波环路同样重要，电容的走线之前讲过，也很重要。
  
  

上图蓝色和黑色线是输出正负端，上面套了个磁环，解决了输出整流管引起的高频端超出；有些时候端口的干扰在PCB板上加滤波器未必有效果，在输出线上放磁环就有想不到的效果。

PCB走线之关键信号

• CS信号（采样信号）：从采样电阻R25，R26拉出，注意IC的地线以采样电阻为基准，采样电阻的正负差分走线拉倒IC CS脚以及IC 的GND脚。
• 驱动信号从驱动电路拉倒IC驱动引脚，注意不要干扰到CS脚；如图走线三根线并排走，并且将地线走在驱动先和CS线中间起到一定屏蔽作用。
• 双面板最好将IC一层铺地屏蔽，铺地的网络一定要从IC GND引出，非关键信号GND可直接打过孔，关键信号地需要单点接地，直接接IC。
• FB反馈网络信号注意查分走线并且单点接IC。
• RCD吸收网络不要放在主回路。
• VCC的整流滤波地需要接主功率地，二级滤波可接IC 地。
• Y电容走线单独接，不可与主功率混淆，避免干扰。
  
  

主功率及控制部分地接线示意图

电磁场屏蔽机理分析

如图对照：输入和输出的电场干扰可以通过电容传输耦合，若增加屏蔽板，则增加了C4的大小，并且C1也会减小，对电场干扰起到衰减的目的。

EMC之滤波器

滤波器的材质对设计滤波电感也是至关重要，采用不同初始磁导率的材质会在不同频率段起作用，选错材质就完全失去应有的效果。


EMC之反激高频等效模型分析

• EMC的路径，当然空间辐射是跟环路有关，环路也是路径构造成的。
• 分析出反激高频等效模型，帮助理解EMC形成的机理。
• 我们的测试接收设备会从L,N端接收传导，为了减小接收的干扰，就必须让干扰通过地回路流通而不从L,N端口流向接收设备。
• 这时候我们的EMI电感以及Y电容通过阻抗匹配就可以实现。
• 另外原边的干扰可以通过原副边Y电容，变压器杂散电容以及大地耦合到副边，形成更多的回路。
• 当然一些结电容参数，如MOS管结电容，散热器结电容也能构成流通路径。
  
  

辐射的形式以及频率分布

如图：一些频率端与开关电源产生部位的关系，这只是一般规律，不要完全相信；既是规律又不能尽信是为什么？规律并不是在所有情况下成立，不同电源的差异也很大，所以原理是帮你分析，而不是按照方法去硬套.


EMC实例