PDF《开关电源 PCB 排版基本要点》

12 所示,如果高频交流电流回路面积很大,就会 在回路的内部和外部产生很大的电磁干扰. 如果同样的高频交流电流回路面积设计得非 常小,回路内部和外部电磁场互相抵销,整 个电路会变得非常安静. 图12 高频交流回路 2.5 过孔放置 许多设计人员喜欢在多层 PCB 上放置很多过孔 (VIAS).但是必须避免在高频交流电流返回路 径放置许多过孔.不然的话地层上高频交流电 流走线会遭到破坏.如果必须在高频交流电流 路径上放置一些过孔的话,过孔之间可以留出 一些空间让高频交流电流顺利通过.图13 显 示了过孔放置方式. 图13 过孔放置方式 设计者同时应注意不同焊盘的形状会产生不同 的串联电感.图14 显示了几种焊盘形状的串 联电感值. 图14 过孔寄生串联电感 旁路电容 (Decouple) 的放置也要考虑到它的串 联电感值.旁路电容必须是低阻和抗低 ESL 的 瓷片电容.但如果一个高品质瓷片电容在 PCB 上放置的方式不对,它的高频滤波功能也就消 失了.图15 显示了旁路电容正确和错误的放置 方式. 电源排版基本要点 #5:过孔放置不应破坏 高频交流电流在地层上路径. 电源排版基本要点 #4:高频交流回路的 面积应该尽量减小. 电源排版基本要点 #3:避免在地层上放 置任何功率或信号走线.

6 图15 旁路电容正确和错误的放置方式 2.6 电源直流输出 许多开关电源的负载远离电源的输出端口. 为了避免输出连接线受到电源自身或周边电 子器件产生的电磁波干扰,输出电源线必须 像图

16 中那样靠得很近.输出电流回路的 面积也必须减小. 图16 电源输出直流电流回路 2.7 地层在系统板上的分隔 新一代电子产品系统板上会同时有模拟电路 (Analog),数字电路 (Digital),开关电源电 路.为了减小开关电源噪音对敏感的模拟和 数字电路影响,通常需要切分不同电路的接 地层.如果选用多层 PCB,不同电路的接地 层可由不同 PCB 板层来分隔.如果整个产 品只有一层接地层,那必须像图

17 中一样 在单层中分隔.无论是多层接地层分隔或是 单层接地层分隔,不同接地层都应该通过单 点同开关电源接地层相连接. 图17 不同电路接地层的分隔和与电源接地层的单点连接 3. 开关电源 PCB 排版例子 现在回到图

1 的开关电源原理图.通常设计人 员需要知道电源高频交流电流的路径并能够区 分低信号控制电路和功率电路元器件和走线. 图18 将传统电路图(图1)分成控制电路部分 和功率电路部分.一般来讲,电源的功率电路 主要包括输入滤波电容,输出滤波电容,滤波 电感,上下端功率场效应管.控制电路主要包 括PWM 控制芯片,旁路电容,自举电路,反 馈分压电阻,反馈补偿电路. C13 1800uF/6.3V R8 5.1R R10 2.2R VIN C12 1800uF/6.3V C15 4.7uF/16V C8 4.7uF Q2 IPD09N03 C11 1800uF/6.3V C9 1uF R9 2.2R R3 1.5K C10 4.7uF R6 1.5K VOUT R5 1K C1 1800uF/16V Q1 IPD09N03 C3 1uF D2 D1N4148 R1 0R C2 1800uF/16V R4 1k C4 47nF L1 2uH C5 1nF U1 SC1104

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7 8 COMP/SS DL GND DH BST PHASE VCC SENSE C14 1n C6 1nF D1 D1N4148 R7 2.2R 图18 电源的控制电路走线 (细线) 和功率电路走线 (粗线) 电源排版基本要点 #6:系统板上不同电 路需要不同接地层.不同电路的接地层通 过单点与电源接地层相连接.

7 3.1 电源功率电路 PCB 排版 电源功率器件在 PCB 上的放置和走线将决 定整个电源工作是否正常.设计人员首先要 对开关电源功率器件上的电压和电流的波形 有一定的了解. 图19 更进一步显示一个降压式开关电源功 率电路元器件上的电流和电压.可以看到该 电路中存在二个高频交流回路.第一个回路 (回路 #1) 是由输入滤波电容 (CIN), 上端场效 应管 (Q1) 和下端场效应管 (Q2) 所组成.第 二个回路 (回路 #2) 是由下端场效应管 (Q2), 电感 (L), 和输出滤波电容 (COUT) 所组成.回路#1 中的电流是高频交流并有很高的峰 值,因此产生的电磁噪音也最大.回路 #2 中的电流也是交流电流但峰值较小,因此产 生的电磁噪音比回路 #1 中的电流小很多. 图19 开关电源功率电路电流和电压 如果设计者不按照本文中描述的要点来制作 功率电路 PCB,很有可能图