开关电源EMC过不了？都是PCB布板惹的祸！（上）-电源网

说起开关电源的难点问题，PCB布板问题不算很大难点，但若是要布出一个精良PCB板一定是开关电源的难点之一（PCB设计不好，可能会导致无论怎么调试参数都调试布出来的情况，这么说并非危言耸听）原因是PCB布板时考虑的因素还是很多的，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22个方向给大家分享下PCB布板与EMC：

一、熟透电路方可从容进行PCB设计之EMI电路：

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。

二、电路与EMC：（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！另二个环路是吸收环路和整流环路，先提前了解下，后面再讲！

三、PCB设计与EMC的关联：

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等等！

等等。先想到这说这些，后续会具体讨论，先起个引子。

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。

四、PCB设计之准备事项：（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，也可以讨论，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；

五、PCB设计之安规考虑其它因素：

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。

六、PCB设计之电源布局：

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？

七、PCB实例赏析：

可以根据之前谈论的PCB布局要点，检视此板，是否做的很到位，我认为是做到比较好的地方了，当然瑕疵总会有，也可以提出来，单面板如此紧凑能做到这样已实属不易了，可以借此板学习讨论！后面还会针对此板讲解学习，大家先欣赏下。

八、PCB设计之四大环路认识：（PCB布局的基本要求就是四大环路面积小）

补充一下，吸收环路（RCD吸收以及MOS管的RC吸收，整流管的RC吸收）也很重要，也是产生高频辐射的环路，对上图有任何疑问，都欢迎讨论，不怕任何质疑，只要是针对问题的质疑，一起讨论学习才能更大的进步！

九、PCB设计之热点（浮动电位点）及地线：

注意事项：

1.针对热点，一定要特别注意（高频开关点），是高频辐射点，布局走线对EMC影响很大。

2.热点构成的环路小，走线短，并且走线不是越粗越好，而是够走电流够用就好。

3.地线要单点接地。主功率地和信号地分开，采样地单独走。

4.散热器的地需要接主功率地。

十、EMC整改心得体会

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：1.对照接地和不解地总结差异，不接地可能更差，原因是系统构造的传导途径少了；也可能有改善，说明是通过地回路传导到端口。具体解决措施，针对电路接地的点Y电容进行调节以及加磁珠。2.在输入端口套磁环，若套低U环有改善，调节第一级滤波电感。3复杂的系统注意EMI电路的屏蔽措施。若措施都没什么效果，反省PCB设计，这方面在PCB设计中会讲到。

3.针对辐射：必须找出源头去解决，观测第一次测试结果，若是30M附近超出，跟接地相关，系统上找接地，并且要判断测试时是否接地良好，有时候输入线都有影响。2.40M-100M以内，一般是MOS管开通关断引起，有时后为了现场不好直接判断是开通还是关断，可针对性整改观测结果去验证(当然这都得花钱，后续会讲解如何用示波器去判断，这可是密招）。3 100M以上多为二极管引起，整改二极管吸收电容，大功率的有的可能是同步整流，更改MOS管吸收环路，记住有时候调整C时还得配合R整改。

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！

十一、布板走线之滤波电容走线

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。