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1、案例 1 L4978 开关电源单面电路板设计图 101 所示为 L4978 开关电源电路原理图. 该电源为一非隔离型DC/DC 变换器 ,核心元件是ST 公司生产的开关电源芯片L4978.该电路允许输入电压范围为555V,输出电压范围为3.350V( 此开关电源为降压型,输出电压小于输入电压 ),最大输出电流可达到2A. 图中电阻 R1 和电容 C3 决定系统工作频率,L4978 最高允许频率为500KHz. 电阻 R3 和 R4 构成电压反馈电路,分压比决定输出电压的高低.R4 的阻值为 4.7K, 调整 R3的阻值 , 可改输出电压 . 如表 101 所示为输出电压与R3阻值关系 . 表
2、101 输出电压与R3阻值关系列表下面从电路原理图开始进入L4978 开关电源 PVB设计之旅 . 10.1.1 原理图设计1. 建立文件夹在 D盘建立一个文件夹, 名称为 :L4978. 2. 创建项目物件1) 启动 Protel DXP. 2) 执行菜单命令File/New/PCB Project,系统建立一个项目文件, 默认文件名为:PCB Project1.PRJPCB. 3) 执行菜单命令 File/Save Project,将新建项目文件换名保存, 选择文件路径并输入新建项目文件名L4978, 完成 D:L4978L4978.PRJPCB 项目文件的建立. 3. 创建一个性的原理图
3、文件 1) 执行菜单命令 File/New/Schematic,新建一原理图文件. 2) 然后执行菜单命令File/Save命令 , 选择路径并输入文件名L4978, 建立一个原理图文件 D:L4978L4978.SCHDOC. 4. 载入元件库该电路元件列表如表102 所示 . 表 102 L4978 开关电源元件列表由表 102 可以看出 L4978 开关电源涉及的元件除L4978 原理图元件需自己制作外, 其余都是 系 统 默 认 集 成 元 件 库Miscallaneous Devices.LVTlib和Miscallaneous Connevtors.IntLib内的元件 . 5.
4、绘制原理图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 14 页 - - - - - - - - - (1) 参数设定执行菜单命令Design/docement Options,将电气栅格属性设为10mil. (2) 放置元件1) 单击原理图编辑器下部面板标签”Libraries” , 打开元件库面板, 选择Miscellaneous Devices.IntLib元件库 . 2) 单击Res2 元件 , 再按Place Res2按钮 , 按 Tab 键修改器属性, 序号
5、改为, 序号改为R1,Comment项设为不可见, 将右侧 Value 值设为 20K, 观察元件封装是否为AXIAL-0.4, 是就按 OK. 3) 将光标拖到合适位置, 利用空格键旋转元件的方向, 单击鼠标左键 , 完成电阻R1放置 ;系统处于放置Res2状态 , 序号自动加1变为 R2,单击鼠标左键,完成电阻R2放置 ; 与此类同 , 完成R3.R4 的放置 . 4) 在元件库中, 单击Cap 元件 , 再按Place Cap按钮 . 按Tap 键修改器属性, 序号改为C2,Comment项设为不可见 , 将右侧 Value 值设为 2.2 F, 元件封装改为RAD-0.1, 按 OK按
6、钮 . 5) 将光标拖到合适位置, 利用空格键旋转元件的方向, 单击鼠标左键 , 完成电容C2放置 ;系统仍处于放置Cap状态 , 序号自动加1 变为 C3,单击鼠标左键 , 完成电阻C3放置 ;与此类同 , 完成 C4.C5.C6 的放置 . 6) 在元件库中 , 单击 Cap Pol1 元件 , 安按 Place Cap Pol1按钮 , 按上述相同做法, 完成 C1.C7的放置 . 7) 在元件库中 , 单击 Inductor元件 . 再按 Place Inductor按钮 . 按上述相同做法, 完成 L1 的放置 . 8) 在元件库中 , 单击 D Schottky元件 . 再按 Pl
7、ace D Schottky按钮 . 按上述相同做法, 完成D1的放置 . 9) 将元件库换为Miscellaneous Connenctors.IntLib元件苦 . 选择 Head 2 元件 , 按 Place Head2按钮 , 按上述相同做法, 完成 JP1.JP2 的放置 . (3) 制作元件L4978 Protel DXP元件库中没有L4978, 只能自己做了 , 这种情况在电子行业中是很常见的, 学会自己制作元件是很必要的. 1)执行菜单命令Design/Make Project Library.系统建立一个项目专用元件库, 将已放置在图面上的元件自动载入该库, 文件名为 :L4
8、978.SCHLIB. 系统自动转到原理图元件编辑器中 . 2)单击元件编辑器中Add按钮 , 将新元件名重命名为L4978. 3)利用 Place/Rectangle命令绘制一个150mil(W)*80mil(H)的矩形 . 4)执行菜单命令Place/Pin放置元件管脚 . 按 Tab 编辑管脚属性 , 如图 102 所示 . 将管脚序号设为1, 名称为 Gnd,并按图 101 所示放置1 号脚 . 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 14 页 - - -
9、 - - - - - - 此时系统仍处于放置管脚状态, 序号自动加1, 变为 2, 将名称改为SS,并按图 101 所示位置 2 号脚 . 依次完成 3.4.5.6.7.8脚的放置 . 如有不合适的地方, 可稍加修整 . (4) 放置元件 L4978 1) 单击面板上Place 按钮, 将刚完成的元件L4978 放置到原理图编辑器, 按 Tab 键修改属性 .序号为 U1.增加 Value 属性为 L4978, 如图 103 所示单击” Models List For*.L4978”中Add 按钮添加元件封装. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - -
10、- - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 14 页 - - - - - - - - - 2) 在系统弹出的如图104 所示 Add New Model 对话框中 , 选择 Footpint选项. 3) 系统弹出 10 5 所示 PCB Model 对话框 , 在 Name框内输入 L4978 封装号 DIP-8. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 14 页 - - - - - - - - - 如果对封装毫不熟悉
11、, 可按 Browse 按钮浏览查询 . 4) 按 OK按钮 , 再按 OK 按钮 , 拖动鼠标放置L4978. (5) 调整元件调整元件包括元件的属性.位置 . 方向 .图 106 所示为元件布置好后的结果. (6) 布线执行菜单命令Place/Wire进行布线工作. 原理图布线工作可与调试元件穿插进行. 这一方面和 PBC布线差距较大 .布线后的结果如图101 所示 . (7) 生成网络表首先自己观察原理图有无差错, 然后启动Prltel DXP提供的各种校验工具, 根据设定规则对名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - -
12、- 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 14 页 - - - - - - - - - 绘制的原理图进行检查, 并做进一步的调查和修改, 保证原理图正确无误, 为后续的电路板设计做准备 . 执行菜单命令 Design/Netlisit For Document/ Protel.生成网络表。10.1.2 PCB设计绘制完原理图 , 下面我们开始L4978 开关电源单面电路板的制作. 1 创建 PCB文档1)执 行 菜 单 命 令 File/New/PCB.系 统 建 立 一 个PCB 文 件 , 默 认 文 件 名 为PCB1.PcbDOC. 2)执行菜单命令 File/Sa
13、ve,将 PCB文件名改为L4978.PcbDOC. 2. 板层设置因为该电路元件比较少, 我们采用单层板. 执行菜单命令 Design/Board Layers&colors,在弹出的Board Layers 属性设置对话框内,关闭Top Lop Layer,打开 Bottom Layer.Keep-Out Layer.Mechanical Layer.Mult-layer以及 Top Overlay. 3 参数设置执行菜单命令 Design/Options,进行电路板参数设置. 将度量单位设为公制. 捕捉格栅设为 1mm/1mm. 可视格点设为1mm/10mm. 4. 规定电路板我们初步规
14、定电路板的尺寸为: 宽度 80mm, 高度 50mm. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 14 页 - - - - - - - - - (1) 绘制物理边界1)将图层转换按钮Mechanical1,单击 Placement 工具栏中的 / 按钮或选择 Plase/Line命令启动绘制直线操作, 光标变为十字形状. 2)将光标拖到PCB页面接近左下放置, 单击一个边的起点( 确定此点在10mm 可视栅格上 ). 3)通过目测可视格栅, 横向向右数8 个大格 ,
15、 确定第一条边 ( 横边 ) 的终点 ; 竖向向上数5 个大格确定第二条边( 竖边 ) 的终点 ; 横向向左数8 个大格 ,确定第三条边 ( 横边) 的终点 ; 竖向向下回到起点确定第四边( 竖边 ). 形状尺寸为80mm(W)*50mm(H) 封闭的矩形边框.( 手工绘制边框 , 也可以简单绘制一个矩形, 通过编辑每条的属性的方式绘制PCB边框 , 有时间可以自己练习此方式.) (2) 绘制电气边界1)单击 PCB编辑器页面下部图层转换按钮Keep-Out Layer, 将当前图层转换到禁止布线层. 2)单击 Placement 工具栏中的按钮或选择命令Place/Interacive Ro
16、uting启动互布线操作 , 光标变为十字形状. 3)单击鼠标 ,确定一个边的起点( 确定此点在距某一物理角点距离为1mm/1mm), 通过目测可视格栅 , 依次确定四边形三个角点的位置, 再回到起点 , 单击鼠标右键退出划线状态. 形成一个距物理边界1mm 的电气边界 . (3) 绘制完成后的电路板边框,如图 107 所示单击 Placements 工具栏中或执行菜单命令Edit/Origin/Set,设置 PCB 左下点为新的坐标基准点 . 5. 载入元件库L4978 开关电源设计到的元件都是系统默认集成元件库内的. 两个默认集成元件分别为:Miscalleous Devices.IntL
17、ib和 Miscallaneous Connectors.IntLib. 单击 PCB编辑器页面下部的Libraries面板控制按钮大开元件封装库面板, 查看有无这两个集成元件库 . 如果没有 , 可通过单击面板上Libraries按钮 , 将这两个集成元件库载入. 这两个库均在 Prltel DXP软件的 Library子目录下 . 6. 载入网络表和元件1) 执行菜单命令 Design/Import Changes From(L4978.PRJPCB),系统弹出如图108 所示 Engineering Change Order对话框 . 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - -
18、 - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 14 页 - - - - - - - - - 3)单击 Validate Changes按钮 , 系统逐项检查提交的修改有无违反规则情况, 并在状态栏(Status)显示是否正确, 如果正确, 则状态栏中”Check”显示; 否则显示 , 如图109 所示 . 4)检查结果完全正确, 单击 Execute Changes 按钮 , 将网络表和元件载入PCB编程中 . 5)单击 Close 按钮 , 关闭 Engineering Chage Order 对话框 , 即可看见载入
19、的元件和预拉线,如图 1010 所示 . 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 14 页 - - - - - - - - - 7. 元件布局1) 执行菜单命令 Tools/Auto Placement/Auto Placer,对元件进行自动布局, 自动布局规则选” Cluster Placer”. 2) 自动布局后的PCBR 如图 1011 所示. 8 手工调整(1) 位置 . 方向调整对于单面板来说, 元件布置和方向很重要, 它决定了布线能否完全不通. 是否路
20、径短而且顺畅.飞线的多少等 , 并最终决定了这板是否可以使用. 调整元件布置可执行Edit/Move级联菜单命令 , 也可以直接用鼠标拖动. 改变元件方向可以采用编辑属性方式, 更简洁的方式是在移动或拖动元件的过程中, 按空格键改变元件的旋转角度. (2) 修改元件焊盘属性1)利用 Edit/Find similar Objects菜单命令 , 或使用组合键 Shift+F,查找所有焊盘,单击查询控制面板按钮Isspect,将所有焊盘图层由复合层改为底层. 2)编辑 CN1.CN2.L1 三个元件的焊盘, 将焊盘外径设为100mil/100mil,孔径设为 50mil. (3) 调整电路板尺寸
21、在元件布局调整过程中, 发现电路的尺寸比较大, 现在将它改成50mm*50mm 的电路板 . 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 14 页 - - - - - - - - - 1)在命令空闲状态, 按键盘” Q”键 , 切换系统度量单位成公制. 2)编辑电路板物理边界地一条边的属性, 设置起点坐标为(0,0).设置终点坐标为(50mm,0);编辑第二条边的属性, 将起点坐标设为(50mm,0), 设置终点坐标为(50mm,50mm);编辑第三条边的属性, 将起
22、点坐标设置为(50mm,50mm),设置终点坐标为(0,50mm); 编辑第四条边的属性 ,将起点坐标设为(0,50mm), 设置终点坐标为(0,0);入此, 一个 50mm*50mm 的电路板物理边界就调整好了. 参照物理边界调整方式调整电路板的电气边界. 按键盘” Q ”键 , 切换系统度量单位成英制. (4) 重新调整元件位置的方向重新调整后的电路板如图102 所示. (5) 增加安装孔为便于电路板的安装, 在电路板的四个角各布置4 个安装孔 . 1)执行菜单命令 Place/Pad,光标变成十字形, 并带着一个焊盘. 2)按 Tap 键, 编辑板盘属性 , 焊盘外径设为160mil/1
23、60mil,外径为 120mil, 图层由复合层改为底层 . 3)依次在每个角放一个焊盘,双击靠近 PCB基准点处焊盘 , 编辑它的属性 ,X 和 Y坐标均设为4mm.并 选 择Lock选 项 琐 定 该 焊 盘 . 依 次 编 辑 其 他 三 个 焊 盘 , 使 之 坐 标 分 别 为(46mm,4mm).(46mm,46mm) 和(4mm,46mm). 4)将图层切换到禁止布线层. 执行菜单命令Place/Full Circle,增加安装孔周边的禁布线 . 禁布线距焊盘中心的距离. 应不小于安装螺母最大外径. 加安装孔后的电路板如图1013 所示. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载
24、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 14 页 - - - - - - - - - 元 件 布 局 应 按 照 布 局 原 则 进 行 . 本 电 路 涉 及 发 热 元 件 , 元 件 布 局 时 电 流 主 电 路(C1,U1,D1,L1,C7)及控制回路(R1,R2,R3,R4,C3,C4,C5,U1)主次应分明, 且能满足布线后, 电流流向简洁流畅; 控制回路要求从输出端单点接地;R1,C3 振荡回路及R2,C5 补偿回路尽量靠近U1(L4978) 相应管脚 . 9. 规则设置1) 执行菜单
25、命令Design/Rules,打开”电路板规则设置”按钮, 进行电路板规则设置. 2) 打开 Routing栏 Layer 选项 ,将 Toplayer设置为 Not Used, 将 Bottom layer设置为Any. 3) 打开 Routing 栏 Width 选项 , 将布线宽度设置为10100mil, 推荐宽度设为40mil. 10. 布线执行菜单命令 Auto Route/All,启动自动布线操作. 自动布线结果如图1015 所示.( 如果一次布线的结果不很理想, 可重复布线操作, 至基本满意位置.) 11. 手工调整布线自动布线结束后, 需要对布线进行手工调整. 调整重点是地线,
26、 其次是电源问题. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 14 页 - - - - - - - - - (1) 地线调整地线的调整不是单是宽度, 走向的调整 . 由于这是一个开关电源电路, 最高频率可达500KHZ,为了避免电磁干扰,L4978 集成电路及其周围辅助元件, 要求单点接地 . 1)将图层转换到底板层2)执行菜单命令Place/Interactive Rounting,对接地网络重新布线, 系统自动删除原来的布线. (2) 电源回路调整电源回路调整
27、包括输入和输出两部分. 电源回路的布线一方面要加宽, 另一方面要注意电流的流向应利于滤波. (3) 其他回路的调整布线要短 , 要流畅 . 一般 ,布线的调整不会一步到位, 会有反复 , 直至满意为止 . 如图 1016 所示为调整后的电路图 . 12.多边形敷铜图 1016 所示已能满足使用要求了. 但是如果感觉还不完善, 还要将电源和地线出入口部分放置多边形填充敷铜, 而且不要镂空的. 1)单击绘图工具栏中的按钮, 或执行菜单命令Place/Ploygong Plane. 2)在弹出的多边形填充设置对话框内确定格栅尺寸为20mil, 线宽度为 22mil( 大于格栅尺寸即可 ), 填充形式
28、只要不是None就可以 , 网络选择地线 (Gnd), 选择 Pour Over Same Net 选项 . ”多边形填充设置”对话框如图1017 所示 . 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 14 页 - - - - - - - - - 3)单击 OK按钮, 光标变成带十字光标的箭头. 单击鼠标 , 确定多边形填充的各个角点,单击鼠标右键 , 生成接地的多边形填充. 4)用同样的办法 , 生成 Vin 和 Vout 网络的敷铜操作. 5)敷铜的电路板如图1
29、018 所示 . 13.DRC检查执行菜单命令 Tools/Desgin Rule Check, 对电路板进行设计规则检查. 并自动生成DRC 检查报表 L4978.DRC如下 : Protel Design System Design Rule Check PCB File:L4978L4978.PCBDOC Date :2005-7-20 Time :8:07:25 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 14 页 - - - - - - - - - Pro
30、cessing Rule:Short-Circuit Constraint(Allowed=Not Allowed)(All),(All) Rule Violations:0 Processing Rule:Broken-Net Constraint(All) Rule Violations:0 Processing Rule:Clearance Constrant(Gap=10mil)(All),(All) Rule Violations:0 ProcessingRule:Width Constraint(Min=10mil)(Max=118.11mil)(Prefered=100mil)(
31、All) Rule Violations:0 Processing Rule:Hole Size Constraint(Min=1mil)(Max=100mil)(All) Rule Violations:0 Violations Detected:0 Time Elapsed :00:00:01 检查结果没有任何违反设计规则的情况. 14. 完成至此 ,L4978 开关电源电路板就设计完成了. 只需要将 L4978.PcbDoc 文档交给电路板制造商,就可以生产电路板了. 如图 1019 所示为 L4978 开关电路板3D效果图 . 15. 后续工作一般在电路板设计完成后,还需要生成元件清单, 打印图纸等 , 这里就不一一介绍了. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 14 页 - - - - - - - - -