(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910544089.0
(22)申请日 2019.06.21
(71)申请人 广州宝善电子科技有限公司
地址 510430 广东省广州市石门街石沙路
236号4栋4楼
(72)发明人 卢善锋　尹化锋　
(74)专利代理机构 北京联瑞联丰知识产权代理
事务所(普通合伙) 11411
代理人 陈引
(51)Int.Cl.
G06F  17/50(2006.01)
(54)发明名称
一种非隔离式开关电源的PCB布局方法
(57)摘要
本发明公开了一种非隔离式开关电源的PCB
布局方法，具体涉及电源电路领域，具体包括以
下步骤：步骤一、确定各元件，步骤二、3D建模分
布，步骤三、电路仿真，步骤四、导出平面组装图
纸，步骤五、检测扫描核准，步骤六、实地测试。本
发明利用3D软件对PCB板、各功能元件、线路以及
PCB实际安装时的周边物体，规划电源以及其他multisim开关在哪里
功能元件，再利用Multisim电路仿真软件模拟电
路在实际通电后的电压电流以及发热散热情况，
从而确定PCB板布局的最佳方案，导出图纸以供
施工员组装，组装后，利用激光扫描器将安装后
的PCB板进行扫描，完善调整功能元件的位置，最
后再经温度传感器和电压电流传感器检测电路
并且进行承压测试，
保证布局最优。权利要求书2页  说明书5页CN 110287585 A 2019.09.27
C N  110287585
A
1.一种非隔离式开关电源的PCB布局方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤一、确定各元件，首先，确定PCB板上需要安装的所有的功能元件以及形成的所有电路，确定每个功能元件的型号、个数以及高度，将所有的功能元件信息经电脑输入汇总，并通过电脑搜索或是直接从用户处获取PCB上各电路的电路连接图纸；
步骤二、3D建模分布，PCB设计工程师参照电路连接图纸，并通过3D软件绘制PCB板以及各功能元件，并且将PCB板具体安装时周围的产品结构，按照实际分布情况绘制在3D软件中PCB板的周围，然后再将各功能元件按照连接电路在PCB板上进行分布分层，具体分布分层方法如下：
a.首先将dc/dc电源放置在PCB板上，并且保证dc/dc电源位于PCB板边缘并输出靠近负载器件的位置，并且最好将dc/dc电源靠近风扇位置设置且远离产品的发热结构；
b.根据各电路分布图，在不影响电路保持与大电流走线一致的基础上，将各功能元件分成多排，每排之间留有排风间隙，并且尽可能的将元件从低到高分布，且较低的元件靠近风扇设置；
c.多层电路板分布时，在大电流的功率元件层与敏感的小信号走线层之间布放直流地或直流输入/输出电压层，并且在地层或直流电压层顶底边角处均设置绝缘胶垫，提供了屏蔽小信号走线的交流地，使其免受高噪声功率走线和功率元件的干扰，并且使多层之间留有通风空间；
d.多层电路板分布时，避免在电源下方布放敏感信号线，不能避免的，在电源层和小信号层之间放置一个内部接地层，用做屏蔽，并且在电源开关输出端加装小电容；
步骤三、电路仿真，当使用3D软件将连接安装各功能元件后的PCB板绘制成功时，将绘制后得到的电路分布位置和走线输入至Multisim电路仿真软件内，PCB设计工程师通过Multisim电路仿真软件模拟电路在实际通电后的电压电流以及发热散热情况，通过检测数据，PCB设计工程师根据经验在3D软件中调整各功能元件以及布线的位置，然后再导入Multisim电路仿真软件内，进行电路模拟，直至PCB板上的各功能元件以及电路走线分布合理并为最佳方案；
步骤四、导出平面组装图纸，将3D软件中每层的PCB板分层导出平面图，并通过打印机将平面图打印出来，供后期组装；
步骤五、检测扫描核准，通过激光扫描器将安装后的PCB板进行扫描，扫描得到的图纸与平面图进行对比，得到偏差数据，从而判断组装位置是否正确，若不正确，则根据对比的数据差值，调整功能元件的位置，然后再次扫描，直至扫描完成；
步骤六、实地测试，在PCB板安装到实体产品中时，在其顶部元件或线路汇集处设置传感器，以及在重要元件的连接线路上连接电压电流传感器，最后通电试用检测，观察温度传感器和电压电流传感器检测的数值是否在设定范围内，并且进行承压测试，观察在最大承压下，检测数值是否在设定范围内，若在，则取出温度传感器和电压电流传感器，产品可以使用，若不在，根据检测的数值再次进行分析，出问题进行调整，并总结经验，在下次PCB 布局模拟分析时，针对同样的问题进行调整。
2.根据权利要求1所述的一种非隔离式开关电源的PCB布局方法，其特征在于：所述步骤二的a步骤中，dc/dc电源靠近风扇位置一侧且位于PCB板边角处。
3.根据权利要求1所述的一种非隔离式开关电源的PCB布局方法，其特征在于：所述步
骤二的b步骤中，每个电路中的功能元件可占两排或两排以上的位置，并且保证各元件聚集呈直线连接，各元件之间的走线为直线，保证排与排之间排风间隙内的连接线路数量最多或最长。
4.根据权利要求1所述的一种非隔离式开关电源的PCB布局方法，其特征在于：所述步骤六中温度传感器和电压电流传感器通过A/D转换器连接外部PLC控制器。
一种非隔离式开关电源的PCB布局方法
技术领域
[0001]本发明涉及电源电路技术领域，更具体地说，本发明涉及一种非隔离式开关电源的 PCB布局方法。
背景技术
[0002]开关电源的一个常见问题是“不稳定”的开关波形。有些时候，波形抖动处于声波段，磁性元件会产生出音频噪声。如果问题出在印刷电路板的布局上，要出原因可能会很困难。因此，开关电源设计初期的正确PCB布局就非常关键；
PCB的设计分为“布局”和“布线”两个阶段，所谓“布局”就是将原理设计中所使用到的所有元器件在PCB上进行布放，布放包括元器件位置的确定、元器件方向的考虑，为后续“布线”做准备。
[0003]专利申请公布号CN 107484344 A的发明专利公开了一种基于核心芯片PIN脚的PCB 布局方法，包
含以下步骤：1)、确定PCB设计中的核心芯片；2)、对核心芯片的PIN脚进行功能确认；3)、对核心芯片的PIN脚按功能进行功能区域划分；4)、根据核心芯片的功能区域的划分，在核心芯片的相应的功能区域的周边补充对应的功能电路单元；5)、根据整个 PCB 的电源需求和电源连接器位置，同时考虑整个PCB的热平衡，确定电源芯片的布放位置；6)、根据整个PCB的时钟使用情况，确定时钟芯片的布放位置。
[0004]但是上述技术方案中提供的一种基于核心芯片PIN脚的PCB布局方法在实际运用时，仍旧存在较多缺点，如此种布局方法为按照功能进行区域划分，在核心芯片的相应的功能区域的周边补充对应的功能电路单元，只确定了核心芯片的位置，对于周边元件的位置和功能没有做出深入的分析，周边的元件位置安装以及布线不精确，会影响核心芯片的稳定、散热等，这种布局方式过于简单。
发明内容
[0005]为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种非隔离式开关电源的PCB 布局方法，通过利用3D软件对PCB板、各功能元件、线路以及PCB实际安装时的周边物体，规划电源以及其他功能元件，再利用Multisim电路仿真软件模拟电路在实际通电后的电压电流以及发热散热情况，从而确定PCB板布局的最佳方案，导出图纸以供施工员组装，组装后，利用激光扫描器将安装后的PCB板进行扫描，完善调整功能元件的位置，最后再经温度传感器和电压电流传感器检测实际应用时的电压电流和散热，并且进行承压测试，保证布局最优，避免在后期出现问题导致产品的损坏。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种非隔离式开关电源的PCB布局方法，具体包括以下步骤：
步骤一、确定各元件，首先，确定PCB板上需要安装的所有的功能元件以及形成的所有电路，确定每个功能元件的型号、个数以及高度，将所有的功能元件信息经电脑输入汇总，并通过电脑搜索或是直接从用户处获取PCB上各电路的电路连接图纸；
步骤二、3D建模分布，PCB设计工程师参照电路连接图纸，并通过3D软件绘制PCB板以及各功能元件，并且将PCB板具体安装时周围的产品结构，按照实际分布情况绘制在3D软件中PCB板的周围，然后再将各功能元件按照连接电路在PCB板上进行分布分层，具体分布分层方法如下：
a.首先将dc/dc电源放置在PCB板上，并且保证dc/dc电源位于PCB板边缘并输出靠近负载器件的位置，并且最好将dc/dc电源靠近风扇位置设置且远离产品的发热结构；
b.根据各电路分布图，在不影响电路保持与大电流走线一致的基础上，将各功能元件分成多排，每排之间留有排风间隙，并且尽可能的将元件从低到高分布，且较低的元件靠近风扇设置；
c.多层电路板分布时，在大电流的功率元件层与敏感的小信号走线层之间布放直流地或直流输入/输出电压层，并且在地层或直流电压层顶底边角处均设置绝缘胶垫，提供了屏蔽小信号走线的交流地，使其免受高噪声功率走线和功率元件的干扰，并且使多层之间留有通风空间；
d.多层电路板分布时，避免在电源下方布放敏感信号线，不能避免的，在电源层和小信号层之间放置一个内部接地层，用做屏蔽，并且在电源开关输出端加装小电容；
步骤三、电路仿真，当使用3D软件将连接安装各功能元件后的PCB板绘制成功时，将绘制后得到的电路分布位置和走线输入至Multisim电路仿真软件内，PCB设计工程师通过 Multisim电路仿真软件模拟电路在实际通电后的电压电流以及发热散热情况，通过检测数据， PCB设计工程师根据经验在3D软件中调整各功能元件以及布线的位置，然后再导入 Multisim电路仿真软件内，进行电路模拟，直至PCB板上的各功能元件以及电路走线分布合理并为最佳方案；
步骤四、导出平面组装图纸，将3D软件中每层的PCB板分层导出平面图，并通过打印机将平面图打印出来，供后期组装；
步骤五、检测扫描核准，通过激光扫描器将安装后的PCB板进行扫描，扫描得到的图纸与平面图进行对比，得到偏差数据，从而判断组装位置是否正确，若不正确，则根据对比的数据差值，调整功能元件的位置，然后再次扫描，直至扫描完成；
步骤六、实地测试，在PCB板安装到实体产品中时，在其顶部元件或线路汇集处设置传感器，以及在重要元件的连接线路上连接电压电流传感器，最后通电试用检测，观察温度传感器和电压电流传感器检测的数值是否在设定范围内，并且进行承压测试，观察在最大承压下，检测数值是否在设定范围内，若在，
则取出温度传感器和电压电流传感器，产品可以使用，若不在，根据检测的数值再次进行分析，出问题进行调整，并总结经验，在下次PCB 布局模拟分析时，针对同样的问题进行调整。
[0007]在一个优选地实施方式中，所述步骤二的a步骤中，dc/dc电源靠近风扇位置一侧且位于PCB板边角处。
[0008]在一个优选地实施方式中，所述步骤二的b步骤中，每个电路中的功能元件可占两排或两排以上的位置，并且保证各元件聚集呈直线连接，各元件之间的走线为直线，保证排与排之间排风间隙内的连接线路数量最多或最长。
[0009]在一个优选地实施方式中，所述步骤六中温度传感器和电压电流传感器通过A/D 转换器连接外部PLC控制器。

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