在炭块空气透过率测试仪的使用过程中,电源模块啸叫是常见且棘手的问题,不仅产生噪音,还可能影响仪器的正常工作和使用寿命。开关电源的 Layout(布局布线)不合理是导致啸叫的重要原因之一。以下将深入分析啸叫根源,并给出实用的 Layout 避坑指南,帮助解决这一问题。
一、电源模块啸叫原因分析
(一)电磁干扰(EMI)
开关电源中功率器件高频动作产生电磁干扰,Layout 不当会使干扰传播,引发电源模块振荡啸叫。例如高频电流回路过长、信号走线交叉等都会加剧干扰。
(二)寄生参数影响
PCB 走线、过孔产生的寄生电感和电容,不合理 Layout 会使其过大。当寄生参数与电路元件形成谐振回路,就会引发高频振荡啸叫,如功率器件到滤波电容走线过长。
(三)散热不良
功率器件工作产热,散热不良会使其性能下降引发啸叫。Layout 中散热路径规划差、面积不足,如未留够散热焊盘或散热孔分布不当,都会导致散热问题。
(四)机械振动
磁性元件工作产生电磁力引发振动,Layout 中固定或安装位置不当,振动与 PCB 共振就会产生啸叫,如变压器安装不牢固。
二、开关电源 Layout 避坑指南
(一)合理布局
1. 电路分离:功率与控制电路分开,设隔离带减少干扰。
2. 信号流向:按输入到输出顺序布局,缩短信号路径。
3. 磁性元件:远离敏感电路,相互保持距离,牢固固定防振。
(二)优化布线
1. 缩短回路:减小功率器件电流回路面积。
2. 避免交叉:不同信号避免交叉,高频线远离 PCB 边缘。
3. 加粗线路:电源线宽≥1mm,地线宽≥2mm,大电流线路可优化设计。
(三)接地设计
1. 单点接地:各接地部分连公共点,选在输入滤波电容附近。
2. 大面积覆铜:功率地大覆铜散热,信号地网格覆铜抗串扰。
3. 接地过孔:依电流和散热需求设置过孔大小数量。
(四)散热设计
1. 预留空间:功率器件放 PCB 边缘或通风处。
2. 增加散热:设大散热焊盘与散热孔,双面覆铜。
3. 使用材料:涂导热硅脂或装散热片。
(五)磁性元件固定与处理
1. 牢固固定:用胶或螺丝固定,注意安装方向位置。
2. 磁屏蔽:磁场干扰大时加磁屏蔽罩并接地。