一個良好的布局設(shè)計可優(yōu)化效率，減緩熱應(yīng)力并盡量減小走線與元件之間噪聲作用。這一切都源于設(shè)計人員對電中流傳導(dǎo)路徑以及信號的理解。當(dāng)一塊原型電源板首次使用時，最好的情況是它不僅能工作，而且還安靜、發(fā)熱低。然而這種并不多見。

開關(guān)電源的一個常見問題是不穩(wěn)定的開關(guān)波形。有些時候，抖動處于聲段磁性元件會產(chǎn)生出音頻噪聲。如果問題在印刷電路板的布局上，要找原因可能會很困難，因此，開關(guān)電源設(shè)計初期的正確pCB布局就非常關(guān)鍵。

一個好的布局設(shè)計可優(yōu)化電源效率，減緩熱應(yīng)力；更重要的是，它最大限度地減小了噪聲，以及走線與元件之間的相互作用。為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，設(shè)計者必須了解開關(guān)電源內(nèi)部的電流傳導(dǎo)路徑及信號流。就非隔離開關(guān)電源的正確布局設(shè)計，本文給出一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

布局規(guī)劃

對一塊大電路板上的嵌入dc/dc電源，要獲得最佳的電壓調(diào)節(jié)、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)和系統(tǒng)效率，就要使電源輸出靠近負(fù)載器件，盡量減少pCB走線上的互連阻抗和傳導(dǎo)壓降。確保有良好的空氣流，限制熱應(yīng)力;如果能采用強(qiáng)制氣冷措施，則要將電源靠近風(fēng)扇位置。

另外，大型無源元件（如電感和電解電容）均不得阻擋氣流通過低矮的表面封裝半導(dǎo)體元件，如功率MOSFET或pWM控制器。為防止開關(guān)噪聲干擾到系統(tǒng)中的模擬信號，應(yīng)盡可能避免在電源下方布放敏感信號線;否則，就需要在電源層和小信號層之間放置一個內(nèi)部接地層，用做屏蔽。

關(guān)鍵是要在系統(tǒng)早期設(shè)計和規(guī)劃階段就籌劃好電源的位置及對電路板空間的需求。有時設(shè)計者會無視這種忠告，而把關(guān)注點(diǎn)放在大型系統(tǒng)板上那些更重要或讓人興奮的電路。電源管理被看作事后工作，隨便把電源放在電路板上的多余空間上，這種做法對高效率而可靠的電源設(shè)計十分不利。

對于多層板，很好的方法是在大電流的功率元件層與敏感的小信號走線層之間布放直流地或直流輸入/輸出電壓層。地層或直流電壓層提供了屏蔽小信號走線的交流地，使其免受高噪聲功率走線和功率元件的干擾。

作為一般規(guī)則，多層pCB板的接地層或直流電壓層均不應(yīng)被分隔開。如果這種分隔不可避免，就要盡量減少這些層上走線的數(shù)量和長度，并且走線的布放要與大電流保持相同的方向，使影響最小化。

下圖中的a和c分別是六層和四層開關(guān)電源pCB的不良層結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)將小信號層夾在大電流功率層和地層之間，因此增加了大電流/電壓功率層與模擬小信號層之間耦合的電容噪聲。

圖1開關(guān)電源pCB的布局結(jié)構(gòu)

上圖中的b和d則分別是六層和四層pCB設(shè)計的良好結(jié)構(gòu)，有助于最大限度減少層間耦合噪聲，地層用于屏蔽小信號層。要點(diǎn)是：一定要挨著外側(cè)功率級層放一個接地層，外部大電流的功率層要使用厚銅箔，盡量減少pCB傳導(dǎo)損耗和熱阻。

功率級的布局

開關(guān)電源電路可以分為功率級電路和小信號控制電路兩部分。功率級電路包含用于傳輸大電流的元件，一般情況下，要首先布放這些元件，然后在布局的一些特定點(diǎn)上布放小信號控制電路。

大電流走線應(yīng)短而寬，盡量減少pCB的電感、電阻和壓降。對于那些有高di/dt脈沖電流的走線，這方面尤其重要。

下圖給出了一個同步降壓轉(zhuǎn)換器中的連續(xù)電流路徑和脈沖電流路徑，實(shí)線表示連續(xù)電流路徑，虛線代表脈沖（開關(guān)）電流路徑。脈沖電流路徑包括連接到下列元件上的走線：輸入去耦陶瓷電容CHF;上部控制FETQT;以及下部同步FETQB，還有選接的并聯(lián)肖特基二極管。

圖3a給出了高di/dt電流路徑中的pCB寄生電感。由于存在寄生電感，因此脈沖電流路徑不僅會輻射磁場，而且會在pCB走線和MOSFET上產(chǎn)生大的電壓振鈴和尖刺。為盡量減小pCB電感，脈沖電流回路（所謂熱回路）布放時要有最小的圓周，其走線要短而寬。

高頻去耦電容CHF應(yīng)為0.1F~10F，X5R或X7R電介質(zhì)的陶瓷電容，它有極低的ESL（有效串聯(lián)電感）和ESR（等效串聯(lián)電阻）。較大的電容電介質(zhì)（如Y5V）可能使電容值在不同電壓和溫度下有大的下降，因此不是CHF的最佳材料。

圖3b為降壓轉(zhuǎn)換器中的關(guān)鍵脈沖電流回路提供了一個布局例子。為了限制電阻壓降和過孔數(shù)量，功率元件都布放在電路板的同一面，功率走線也都布在同一層上。當(dāng)需要將某根電源線走到其它層時，要選擇在連續(xù)電流路徑中的一根走線。當(dāng)用過孔連接大電流回路中的pCB層時，要使用多個過孔，盡量減小阻抗。

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