电力电子电路PCB布线的关键技术研究

有意识的将它布的长一些，以便使这些走线避开潜在的噪声源。也可小心设计使部分反馈走线穿过没有返回电流流过的地，这将使得它免受干扰^[11]。

6多层板的地

对多层板，通常的做法是将全部一层作为地。一些在这方面有经验的人认为，该方法能够解决很多问题。已知每个信号都有回路，随着谐波增高，其返回电流将不是沿着直流电阻最小的那条路径，而是沿着地对应电感最小的路径，甚至是之字形路径。因此，通过设置一层地，就能给返回电流提供阻抗最小的路径，至于是直流电阻最小还是感抗最小，则取决于谐波频率。地还能容性的吸收其上层走线的噪声，从而一定程度的减少噪声和电磁干扰。但若不小心也会造成辐射，这种情况可能在耦合了太多走线噪声时发生。地并非十全十美，吸收了噪声，它就会受到影响，特别是铜皮很薄时情况更为严重。若地为建立热岛或为其它形式路径，被分割为不规则的图形，电流流动方式就会变得不规则。地上的返回路径将不能直接对应其前向走线。此时，地也起鱼骨天线的作用，产生EMI。

7散热问题

电力电子变换器的设计除了整机的热设计外，PCB板的热设计也十分重要。对于散热，并非铜皮面积越大越好，铜皮较薄时更是如此。使用1in2以上的铜皮面积性价比已经不高，但对覆铜厚度为2.8mil（70μm）或更厚的覆铜板铜面积可增大到3in。超过以上限制则需使用外部散热器。功率器件表面与大气的实际热阻大约为30℃/W。即IC内部每消耗1W温度升高30℃。可利用经验公式（4）来求出所需铜皮面积。

(4)

式中：P的单位为W，Rth为热阻，单位为0C/W。

应该指出，热量并非都是从铜皮表面散失掉的。常用于SMT（表面处理技术）的板材粘层为环氧树脂FR4，它是很好的导热材料。安装器件的一面产生的热量可通过FR4传递到板的另一面，该表面接触空气可帮助降低热阻。因此，即使在板的另一面设置铜平面，同样也有散热效果，但只可以减小10%~20%的热阻。注意该背面的铜表面并不需要与散热器件同电位，它可以是公共地的铜表面。还有一种可以大幅度减小热阻的方法，可以减小约50%~70%的热阻。它利用一排小过孔（也称热孔）将器件的产生的热量从PCB的一面传到另一面。若使用热孔，其孔径应很小，内径为0.3mm~0.33mm，这样可在过孔镀过程中将它们填满。热孔太大会在波峰焊时产生焊芯，从而使孔中吸入大量焊锡，容易使孔附近器件产生虚焊点。对散热区域，热孔的间距一般为1mm~1.2mm，功率器件的周边、近旁甚至散热片下方都可以设置这类热孔网络以实现散热^[11]。

8结语

本文讨论的大多数关于布线的建议与措施，能确保电力电子变换器的基本功能和基本性能。作为电力电子电路设计人员，应首先了解变换器主电路电流的流向，从而识别出PCB中有麻烦的或者关键的走线，必须特别注意这些走线的布线。该走线的判定随拓扑结构的不同也不同。因此，不能用设计buck电路的方法来设计buck-boost电路PCB，其规律有很大差别，而很多PCB布线人员并不清楚这一点。因此，电源设计人员最好亲自布线或用心指导PCB布线人员。

参考文献

[1]毛楠,孙瑛.电子电路抗干扰实用技术[M].国防工业出版社,1996.

[2]周琛，开关电源PCB排版基本要点[J].电源技术应用,2005,(9):23-31.

[3]董强,倪健,刘云,马晓翠.舰船科学技术[J].2006,28(6):57-63.

[4]安宗权,汪云祥.PCB排版对提高单片机应用系统可靠性的研究[J].安徽工程科技学院学报,2002.17(3):34-37.

[5]王兆安,黄俊.电力电子技术（第4版）[M].机械工业出版社,2000.

[6]张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京:电子工业出版社,2002.

[7]刘胜利.现代高频开关电源实用技术[M].北京:电子工业出版社,2001.

[8]王水平,史俊杰,田庆安.开关稳压电源原理、设计及实用电路[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005.

[9]林渭勋.现代电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2007.

[10]张丹,刘元安.基于印刷电路板的辐射抑制分析[J].安全与电磁兼容,2008,(3):58-60,66.

[11]SanjayaManiktala.SwitchingPowerSuppliesAtoZ[M].USANewnes/Elsevier,2006.

作者简介

周月旭(1989-)，男，汉族，山东寿光人，山东理工大学电气与电子工程学院自动化专业2008级01班学生。

顾泽林(1989-)，男，汉族，山东即墨人，山东理工大学电气与电子工程学院电气工程及其自动化专业2008级01班学生。

张厚升（1976-），男，汉族，山东沂南人，副教授，研究方向为电气自动化、电力电子与电力传动。张厚升为通讯作者。■