FOC——17.PCB布局和走线

文章目录

1.布局注意事项
2.走线的注意事项
- 2.1.逆变桥的大电流回路尽量短（Vbus GND UVW）
- 2.2逆变桥和Vbus地之间的电容尽量靠近MOS管
- 2.3.预驱动芯片的地不能与Vbus的地直接连接
- 2.4.采样电阻的信号必须从焊盘上引出线
- 2.5.自举电容需要连接到上MOS管的S端
- 2.6.模拟地和数字地分开，进行单点接地
3.何为单点接地
4.PCB的其他注意
- 4.1.铜厚线宽和过流的关系
- 4.2.过孔和走线尺寸
- 4.3.布线输入和输出不要混连
- 4.4.重要信号线尽量不要过孔
- 4.5.丝印的取值
- 4.6.走线优先级
- 4.7.铺铜被阻断

1.布局注意事项

在元器件布局的时候，需要按照系统的电源电压来划分，要将高压和低压尽量分开。比如将不同电压的电源在下方一字排开，然后上方进行相关器件的布局。此外要保证电流的环路尽量小，大电流的器件有足够的空间走粗线，高频器件要尽量靠边放置，从而减小对其他器件的干扰。

如下图所示为FOC控制板的布局，比较清晰。

2.走线的注意事项

2.1.逆变桥的大电流回路尽量短（Vbus GND UVW）

因为这个回路电流比较大，高频干扰也比较大，干扰的能量也很大，所以走线越短越好。

如下图所示，这里在MOS管的焊盘上打了很多过孔，然后上下层都进行了铺铜的操作，这样可以起到一定的散热作用。对于过孔来说，一般的取值就是内0.3外0.6，内0.4外0.8，内0.5外1.0这几种，单位是mm。

2.2逆变桥和Vbus地之间的电容尽量靠近MOS管

因为这几个电容是吸收电机的自感电动势能量的，所以要尽量靠近MOS管来放置。

2.3.预驱动芯片的地不能与Vbus的地直接连接

也就是预驱动芯片的地不能与功率地直接连接，因为这里是15V的电源，如果和功率地直接相连，很容易把这里的15V的地弄脏。因此这里的地需要回到大的电解电容的地，与Vbus的地进行单点连接。因为在大电解电容的地方电荷比较稳定，也就是这个地方是等电位的。

2.4.采样电阻的信号必须从焊盘上引出线

如下图所示，由于使用的采样电阻阻值很小，铜箔和走线会引起的误差都会被放大，也就是说走线电阻产生的压降会被运放放大而产生很大的误差，所以说这里进行让两条线走差分（实际上不是差分，差分还是比较难走的），也就是尽量让两条线靠近且等长，从而降低差分干扰。

2.5.自举电容需要连接到上MOS管的S端

即走线的时候，如下图所示，接到上MOS管的S端，而不是接到下MOS管的D端。

这是因为在上MOS管的S端到下MOS管的D端之间有一段导线，需要过大电流和高频信号，如下图所示的绿色部分。这样就会导致左边和右边的黄色圈部分不等电位，对应原理图上就是上MOS管的S端和下MOS管的D端不等电位。由于上MOS管的驱动信号电平是相对于上MOS管的S极的，所以最好将自举电容的参考点也接到上MOS管的S端。如果不这样做的话，在电机的运行电流比较大的时候，会产生很大的Ldi/dt，这样可能会导致上MOS管的驱动产生异常。

2.6.模拟地和数字地分开，进行单点接地

也就是如下图所示，运放电路部分的地进行铺铜之后，在单片机的模拟地的电容引脚负极进行单点连接，这样保证单片机和运放的模拟地是等电位的。

3.何为单点接地

首先要明确的是各个电源的地肯定是要连接在一起的，因为这样才能有同样的一个电位参考。但是为了让模拟低和数字地，信号地和功率地的干扰尽量的小，需要让他们各自先接自己的地，最后在一个电平相对稳定的地方进行单点连接。一般都选择在大的储能电容的负极进行单点连接，因为由于电容储能的缘故，此处的电位比较稳定。

如果不单点接地，也就是地之间有多个地方连接，如下图所示。

而单点接地就是两个地之间只有一个连接处，如下图所示。

4.PCB的其他注意

4.1.铜厚线宽和过流的关系

一般1盎司铜厚的是信号板，2盎司铜厚的是功率板。但是有的时候为了降低成本也用1盎司铜厚的做功率板，此时可以增加线宽，或者为了进一步增加过流能力进行开窗镀锡。常温下，一般1盎司铜厚1mm线宽过流1-2A。

4.2.过孔和走线尺寸

一般过孔的尺寸是内0.3外0.6（信号线），内0.4外0.8（小电流电源线），内0.5外1.0（大电流电源线）这几种，单位是mm。过孔的过流能力可以将过孔的周长折算为线宽，然后按照上面的线宽与过流的关系来选取。

对于走线来说，一般信号线0.3即可，电源线1.0，其他电流稍大且介于信号线和电源线之间的0.5即可，单位是mm。

4.3.布线输入和输出不要混连

比如buck电路中，15V的输出引脚作为反馈接到了buck芯片的反馈引脚端，这里就是输入。而且又作为电源输出到下一级buck电路中，这里就是输出。所以他们两个不能直接连接，否则会干扰反馈的15V的电压。

PCB的走线中其他类似的地方还很多，比如单片机的电源部分的两个电容，一定是3.3V电源线连接到了电容，然后再连接到单片机引脚上，而不能反过来，因为这样电容起到的作用就变弱了。也就是需要考虑到实际的电路工作原理来考虑布线，不能看原理图上是连接在一起的走线的时候就随便连接。

4.4.重要信号线尽量不要过孔

这是因为打过孔会引入寄生参数的影响。比如采样电阻的信号线，buck电路的开关信号线，逆变桥驱动的PWM信号线等，因为这些信号要么是易受干扰的，要么是高频的，都很重要。

4.5.丝印的取值

最小且能看清的丝印取值是宽0.1mm，高0.8mm。

4.6.走线优先级

信号线和地线优先走，信号相对地来说，非常重要的信号先走，否则地先走。最后才考虑电源，电源可以交叉打过孔。谁让谁先走的意思是哪个更方便的走，比如不用打过孔换层，不用绕弯等。

4.7.铺铜被阻断

铺铜的时候可能铺铜的平面会被同层的其他走线阻断，此时要修改阻断普通的线，让铜能够连接在一起。