案例1L4978開關(guān)電源單面電路板設(shè)計(jì)

1、案例1 L4978開關(guān)電源單面電路板設(shè)計(jì)圖101所示為L4978開關(guān)電源電路原理圖.該電源為一非隔離型DC/DC變換器,核心元件是ST公司生產(chǎn)的開關(guān)電源芯片L4978.該電路允許輸入電壓范圍為555V,輸出電壓范圍為3.350V(此開關(guān)電源為降壓型,輸出電壓小于輸入電壓),最大輸出電流可達(dá)到2A.圖中電阻R1和電容C3決定系統(tǒng)工作頻率,L4978最高允許頻率為500KHz.電阻R3和R4構(gòu)成電壓反饋電路,分壓比決定輸出電壓的高低.R4的阻值為4.7K,調(diào)整R3的阻值,可改輸出電壓.如表101所示為輸出電壓與R3阻值關(guān)系.表101 輸出電壓與R3阻值關(guān)系列表下面從電路原理圖開始進(jìn)入L4978開關(guān)

2、電源PVB設(shè)計(jì)之旅.10.1.1 原理圖設(shè)計(jì)1.建立文件夾在D盤建立一個(gè)文件夾,名稱為:L4978.2.創(chuàng)建項(xiàng)目物件1)啟動(dòng)Protel DXP.2)執(zhí)行菜單命令File/New/PCB Project,系統(tǒng)建立一個(gè)項(xiàng)目文件,默認(rèn)文件名為:PCB Project1.PRJPCB.3)執(zhí)行菜單命令File/Save Project,將新建項(xiàng)目文件換名保存,選擇文件路徑并輸入新建項(xiàng)目文件名L4978,完成D:L4978L4978.PRJPCB項(xiàng)目文件的建立.3.創(chuàng)建一個(gè)性的原理圖文件 1)執(zhí)行菜單命令File/New/Schematic,新建一原理圖文件.2)然后執(zhí)行菜單命令File/Save命令

3、,選擇路徑并輸入文件名L4978,建立一個(gè)原理圖文件D:L4978L4978.SCHDOC.4.載入元件庫該電路元件列表如表102所示.表102 L4978開關(guān)電源元件列表由表102可以看出L4978開關(guān)電源涉及的元件除L4978原理圖元件需自己制作外,其余都是系統(tǒng)默認(rèn)集成元件庫Miscallaneous Devices.LVTlib和Miscallaneous Connevtors.IntLib內(nèi)的元件.5.繪制原理圖(1)參數(shù)設(shè)定執(zhí)行菜單命令Design/docement Options,將電氣柵格屬性設(shè)為10mil.(2)放置元件1)單擊原理圖編輯器下部面板標(biāo)簽”Libraries”,打

4、開元件庫面板,選擇Miscellaneous Devices.IntLib元件庫.2)單擊Res2元件,再按Place Res2按鈕,按Tab鍵修改器屬性,序號改為,序號改為R1,Comment項(xiàng)設(shè)為不可見,將右側(cè)Value值設(shè)為20K,觀察元件封裝是否為AXIAL-0.4,是就按OK.3)將光標(biāo)拖到合適位置,利用空格鍵旋轉(zhuǎn)元件的方向,單擊鼠標(biāo)左鍵,完成電阻R1放置;系統(tǒng)處于放置Res2狀態(tài),序號自動(dòng)加1變?yōu)镽2,單擊鼠標(biāo)左鍵,完成電阻R2放置;與此類同,完成R3.R4的放置.4)在元件庫中,單擊Cap元件,再按Place Cap按鈕.按Tap鍵修改器屬性,序號改為C2,Comment項(xiàng)設(shè)為不

5、可見,將右側(cè)Value值設(shè)為2.2F,元件封裝改為RAD-0.1,按OK按鈕.5)將光標(biāo)拖到合適位置,利用空格鍵旋轉(zhuǎn)元件的方向,單擊鼠標(biāo)左鍵,完成電容C2放置;系統(tǒng)仍處于放置Cap狀態(tài),序號自動(dòng)加1變?yōu)镃3,單擊鼠標(biāo)左鍵,完成電阻C3放置;與此類同,完成C4.C5.C6的放置.6)在元件庫中,單擊Cap Pol1元件,安按Place Cap Pol1按鈕,按上述相同做法,完成C1.C7的放置.7)在元件庫中,單擊Inductor元件.再按Place Inductor按鈕.按上述相同做法,完成L1的放置.8) 在元件庫中,單擊D Schottky元件.再按Place D Schottky按鈕.

6、按上述相同做法,完成D1的放置.9)將元件庫換為Miscellaneous Connenctors.IntLib元件苦.選擇Head 2元件,按Place Head2按鈕,按上述相同做法,完成JP1.JP2的放置.(3)制作元件L4978 Protel DXP元件庫中沒有L4978,只能自己做了,這種情況在電子行業(yè)中是很常見的,學(xué)會(huì)自己制作元件是很必要的.1) 執(zhí)行菜單命令Design/Make Project Library.系統(tǒng)建立一個(gè)項(xiàng)目專用元件庫,將已放置在圖面上的元件自動(dòng)載入該庫,文件名為:L4978.SCHLIB.系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)到原理圖元件編輯器中.2) 單擊元件編輯器中Add按鈕,將

7、新元件名重命名為L4978.3) 利用Place/Rectangle命令繪制一個(gè)150mil(W)*80mil(H)的矩形.4) 執(zhí)行菜單命令Place/Pin放置元件管腳.按Tab編輯管腳屬性,如圖102所示.將管腳序號設(shè)為1,名稱為Gnd,并按圖101所示放置1號腳.此時(shí)系統(tǒng)仍處于放置管腳狀態(tài),序號自動(dòng)加1,變?yōu)?,將名稱改為SS,并按圖101所示位置2號腳.依次完成.7.8腳的放置.如有不合適的地方,可稍加修整.(4)放置元件L49781)單擊面板上Place按鈕,將剛完成的元件L4978放置到原理圖編輯器,按Tab鍵修改屬性.序號為U1.增加Value屬性為L4978,如

8、圖103所示單擊”Models List For*.L4978”中Add按鈕添加元件封裝.2)在系統(tǒng)彈出的如圖104所示Add New Model對話框中,選擇Footpint選項(xiàng).3)系統(tǒng)彈出105所示PCB Model對話框,在Name框內(nèi)輸入L4978封裝號DIP-8.如果對封裝毫不熟悉,可按Browse按鈕瀏覽查詢.4)按OK按鈕,再按OK 按鈕,拖動(dòng)鼠標(biāo)放置L4978.(5)調(diào)整元件調(diào)整元件包括元件的屬性.位置.方向.圖106所示為元件布置好后的結(jié)果.(6)布線執(zhí)行菜單命令Place/Wire進(jìn)行布線工作.原理圖布線工作可與調(diào)試元件穿插進(jìn)行.這一方面和PBC布線差距較大.布線后的結(jié)果

9、如圖101所示.(7)生成網(wǎng)絡(luò)表首先自己觀察原理圖有無差錯(cuò),然后啟動(dòng)Prltel DXP提供的各種校驗(yàn)工具,根據(jù)設(shè)定規(guī)則對繪制的原理圖進(jìn)行檢查,并做進(jìn)一步的調(diào)查和修改,保證原理圖正確無誤,為后續(xù)的電路板設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備.執(zhí)行菜單命令Design/Netlisit For Document/ Protel.生成網(wǎng)絡(luò)表。10.1.2 PCB設(shè)計(jì)繪制完原理圖,下面我們開始L4978開關(guān)電源單面電路板的制作.1創(chuàng)建PCB文檔1) 執(zhí)行菜單命令File/New/PCB.系統(tǒng)建立一個(gè)PCB 文件,默認(rèn)文件名為PCB1.PcbDOC.2) 執(zhí)行菜單命令File/Save,將PCB文件名改為L4978.PcbDOC

10、.2.板層設(shè)置因?yàn)樵撾娐吩容^少,我們采用單層板.執(zhí)行菜單命令Design/Board Layers&colors,在彈出的Board Layers屬性設(shè)置對話框內(nèi),關(guān)閉Top Lop Layer,打開Bottom Layer.Keep-Out Layer.Mechanical Layer.Mult-layer以及Top Overlay.3參數(shù)設(shè)置執(zhí)行菜單命令Design/Options,進(jìn)行電路板參數(shù)設(shè)置.將度量單位設(shè)為公制.捕捉格柵設(shè)為1mm/1mm.可視格點(diǎn)設(shè)為1mm/10mm.4.規(guī)定電路板我們初步規(guī)定電路板的尺寸為:寬度80mm,高度50mm.(1) 繪制物理邊界1) 將圖

11、層轉(zhuǎn)換按鈕Mechanical1,單擊Placement工具欄中的/按鈕或選擇Plase/Line命令啟動(dòng)繪制直線操作,光標(biāo)變?yōu)槭中螤?2) 將光標(biāo)拖到PCB頁面接近左下放置,單擊一個(gè)邊的起點(diǎn)(確定此點(diǎn)在10mm可視柵格上).3) 通過目測可視格柵,橫向向右數(shù)8個(gè)大格,確定第一條邊(橫邊)的終點(diǎn);豎向向上數(shù)5個(gè)大格確定第二條邊(豎邊)的終點(diǎn);橫向向左數(shù)8個(gè)大格,確定第三條邊(橫邊)的終點(diǎn);豎向向下回到起點(diǎn)確定第四邊(豎邊).形狀尺寸為80mm(W)*50mm(H)封閉的矩形邊框.(手工繪制邊框,也可以簡單繪制一個(gè)矩形,通過編輯每條的屬性的方式繪制PCB邊框,有時(shí)間可以自己練習(xí)此方式.)(2)

12、 繪制電氣邊界1) 單擊PCB編輯器頁面下部圖層轉(zhuǎn)換按鈕Keep-Out Layer,將當(dāng)前圖層轉(zhuǎn)換到禁止布線層.2) 單擊Placement工具欄中的按鈕或選擇命令Place/Interacive Routing啟動(dòng)互布線操作,光標(biāo)變?yōu)槭中螤?3) 單擊鼠標(biāo),確定一個(gè)邊的起點(diǎn)(確定此點(diǎn)在距某一物理角點(diǎn)距離為1mm/1mm),通過目測可視格柵,依次確定四邊形三個(gè)角點(diǎn)的位置,再回到起點(diǎn),單擊鼠標(biāo)右鍵退出劃線狀態(tài).形成一個(gè)距物理邊界1mm的電氣邊界.(3) 繪制完成后的電路板邊框,如圖107所示單擊Placements工具欄中 或執(zhí)行菜單命令Edit/Origin/Set,設(shè)置PCB左下點(diǎn)為新的

13、坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn).5.載入元件庫L4978開關(guān)電源設(shè)計(jì)到的元件都是系統(tǒng)默認(rèn)集成元件庫內(nèi)的.兩個(gè)默認(rèn)集成元件分別為:Miscalleous Devices.IntLib和Miscallaneous Connectors.IntLib.單擊PCB編輯器頁面下部的Libraries面板控制按鈕大開元件封裝庫面板,查看有無這兩個(gè)集成元件庫.如果沒有,可通過單擊面板上Libraries按鈕,將這兩個(gè)集成元件庫載入.這兩個(gè)庫均在Prltel DXP軟件的Library子目錄下.6.載入網(wǎng)絡(luò)表和元件1)執(zhí)行菜單命令Design/Import Changes From(L4978.PRJPCB),系統(tǒng)彈出如圖108

14、所示Engineering Change Order對話框.3) 單擊Validate Changes按鈕,系統(tǒng)逐項(xiàng)檢查提交的修改有無違反規(guī)則情況,并在狀態(tài)欄(Status)顯示是否正確,如果正確,則狀態(tài)欄中”Check”顯示;否則顯示,如圖109所示.4) 檢查結(jié)果完全正確,單擊Execute Changes按鈕,將網(wǎng)絡(luò)表和元件載入PCB編程中.5) 單擊Close按鈕,關(guān)閉Engineering Chage Order對話框,即可看見載入的元件和預(yù)拉線,如圖1010所示.7.元件布局1)執(zhí)行菜單命令Tools/Auto Placement/Auto Placer,對元件進(jìn)行自動(dòng)布局,自動(dòng)布

15、局規(guī)則選”Cluster Placer”.2)自動(dòng)布局后的PCBR如圖1011所示.8手工調(diào)整(1) 位置.方向調(diào)整對于單面板來說,元件布置和方向很重要,它決定了布線能否完全不通.是否路徑短而且順暢.飛線的多少等,并最終決定了這板是否可以使用.調(diào)整元件布置可執(zhí)行Edit/Move級聯(lián)菜單命令,也可以直接用鼠標(biāo)拖動(dòng).改變元件方向可以采用編輯屬性方式,更簡潔的方式是在移動(dòng)或拖動(dòng)元件的過程中,按空格鍵改變元件的旋轉(zhuǎn)角度.(2) 修改元件焊盤屬性1) 利用Edit/Find similar Objects菜單命令,或使用組合鍵Shift+F,查找所有焊盤,單擊查詢控制面板按鈕Isspect,將所有焊盤

16、圖層由復(fù)合層改為底層.2) 編輯CN1.CN2.L1三個(gè)元件的焊盤,將焊盤外徑設(shè)為100mil/100mil,孔徑設(shè)為50mil.(3) 調(diào)整電路板尺寸在元件布局調(diào)整過程中,發(fā)現(xiàn)電路的尺寸比較大,現(xiàn)在將它改成50mm*50mm的電路板.1) 在命令空閑狀態(tài),按鍵盤”Q”鍵,切換系統(tǒng)度量單位成公制.2) 編輯電路板物理邊界地一條邊的屬性,設(shè)置起點(diǎn)坐標(biāo)為(0,0).設(shè)置終點(diǎn)坐標(biāo)為(50mm,0);編輯第二條邊的屬性,將起點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)為(50mm,0),設(shè)置終點(diǎn)坐標(biāo)為(50mm,50mm);編輯第三條邊的屬性,將起點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)置為(50mm,50mm),設(shè)置終點(diǎn)坐標(biāo)為(0,50mm);編輯第四條邊的屬性,將

17、起點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)為(0,50mm),設(shè)置終點(diǎn)坐標(biāo)為(0,0);入此,一個(gè)50mm*50mm的電路板物理邊界就調(diào)整好了.參照物理邊界調(diào)整方式調(diào)整電路板的電氣邊界.按鍵盤”Q”鍵,切換系統(tǒng)度量單位成英制.(4) 重新調(diào)整元件位置的方向 重新調(diào)整后的電路板如圖102所示.(5) 增加安裝孔為便于電路板的安裝,在電路板的四個(gè)角各布置4個(gè)安裝孔.1) 執(zhí)行菜單命令Place/Pad,光標(biāo)變成十字形,并帶著一個(gè)焊盤.2) 按Tap鍵,編輯板盤屬性,焊盤外徑設(shè)為160mil/160mil,外徑為120mil,圖層由復(fù)合層改為底層.3) 依次在每個(gè)角放一個(gè)焊盤,雙擊靠近PCB基準(zhǔn)點(diǎn)處焊盤,編輯它的屬性,X和Y坐標(biāo)均

18、設(shè)為4mm.并選擇Lock選項(xiàng)瑣定該焊盤.依次編輯其他三個(gè)焊盤,使之坐標(biāo)分別為(46mm,4mm).(46mm,46mm)和(4mm,46mm).4) 將圖層切換到禁止布線層.執(zhí)行菜單命令Place/Full Circle,增加安裝孔周邊的禁布線.禁布線距焊盤中心的距離.應(yīng)不小于安裝螺母最大外徑.加安裝孔后的電路板如圖1013所示.元件布局應(yīng)按照布局原則進(jìn)行.本電路涉及發(fā)熱元件,元件布局時(shí)電流主電路(C1,U1,D1,L1,C7)及控制回路(R1,R2,R3,R4,C3,C4,C5,U1)主次應(yīng)分明,且能滿足布線后,電流流向簡潔流暢;控制回路要求從輸出端單點(diǎn)接地;R1,C3振蕩回路及R2,C5

19、補(bǔ)償回路盡量靠近U1(L4978)相應(yīng)管腳.9.規(guī)則設(shè)置1)執(zhí)行菜單命令Design/Rules,打開”電路板規(guī)則設(shè)置”按鈕,進(jìn)行電路板規(guī)則設(shè)置.2)打開Routing欄Layer選項(xiàng),將Toplayer設(shè)置為Not Used,將Bottom layer設(shè)置為Any.3) 打開Routing欄Width選項(xiàng),將布線寬度設(shè)置為10100mil,推薦寬度設(shè)為40mil. 10.布線 執(zhí)行菜單命令A(yù)uto Route/All,啟動(dòng)自動(dòng)布線操作.自動(dòng)布線結(jié)果如圖1015所示.(如果一次布線的結(jié)果不很理想,可重復(fù)布線操作,至基本滿意位置.)11.手工調(diào)整布線自動(dòng)布線結(jié)束后,需要對布線進(jìn)行手工調(diào)整.調(diào)整重

20、點(diǎn)是地線,其次是電源問題.(1) 地線調(diào)整地線的調(diào)整不是單是寬度,走向的調(diào)整.由于這是一個(gè)開關(guān)電源電路,最高頻率可達(dá)500KHZ,為了避免電磁干擾,L4978集成電路及其周圍輔助元件,要求單點(diǎn)接地.1) 將圖層轉(zhuǎn)換到底板層2) 執(zhí)行菜單命令Place/Interactive Rounting,對接地網(wǎng)絡(luò)重新布線,系統(tǒng)自動(dòng)刪除原來的布線.(2) 電源回路調(diào)整電源回路調(diào)整包括輸入和輸出兩部分.電源回路的布線一方面要加寬,另一方面要注意電流的流向應(yīng)利于濾波.(3) 其他回路的調(diào)整布線要短,要流暢.一般,布線的調(diào)整不會(huì)一步到位,會(huì)有反復(fù),直至滿意為止.如圖1016所示為調(diào)整后的電路圖. 12.多邊形敷

21、銅 圖1016所示已能滿足使用要求了.但是如果感覺還不完善,還要將電源和地線出入口部分放置多邊形填充敷銅,而且不要鏤空的.1) 單擊繪圖工具欄中的按鈕,或執(zhí)行菜單命令Place/Ploygong Plane.2) 在彈出的多邊形填充設(shè)置對話框內(nèi)確定格柵尺寸為20mil,線寬度為22mil(大于格柵尺寸即可),填充形式只要不是None就可以,網(wǎng)絡(luò)選擇地線(Gnd),選擇Pour Over Same Net選項(xiàng).”多邊形填充設(shè)置”對話框如圖1017所示.3) 單擊OK按鈕,光標(biāo)變成帶十字光標(biāo)的箭頭.單擊鼠標(biāo),確定多邊形填充的各個(gè)角點(diǎn),單擊鼠標(biāo)右鍵,生成接地的多邊形填充.4) 用同樣的辦法,生成Vin和Vout網(wǎng)絡(luò)的敷銅操作.5) 敷銅的電路板如圖1018所示. 13.DRC檢查 執(zhí)行菜單命令Tools/Desgin Rule Check,對電路板進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查.并自動(dòng)生成DRC檢查報(bào)