開關(guān)電源的布局

開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET構(gòu)成。

當(dāng)設(shè)計(jì)高頻開關(guān)電源時(shí)，布局非常重要。良好的布局可以解決這類電源的許多問題。因布局而出現(xiàn)的問題，通常在大電流時(shí)顯現(xiàn)出來，并且在輸入和輸出電壓之間的壓差較大時(shí)更加明顯。一些主要的問題是在大的輸出電流和/或大的輸入/輸出電壓差時(shí)調(diào)節(jié)能力的下降，在輸出和開頭波形上的額外噪聲，以及不穩(wěn)定性。應(yīng)用下面的幾個(gè)簡單原則就可以把這類問題最小化。

電感器

開關(guān)電源盡量使用低EMI(Electro Magnetic Interference)的帶鐵氧體閉合磁芯的電感器。比如圓形的或封閉的E型磁芯。如果開口磁芯(open cores)具有較低的EMI特性，并且離低功率導(dǎo)線和元件較遠(yuǎn)，也可以使用。如果使用開口磁芯，使磁芯的兩極與PCB板垂直也是一個(gè)好主意。棒狀磁芯(stick cores)通常用來消除大部分不需要的噪聲。

反饋

盡量使反饋回路遠(yuǎn)離電感器和噪聲源。還要盡可能使反饋線為直線，并且要粗一點(diǎn)。有時(shí)需要在這兩種方案之間折衷一下，但使反饋線遠(yuǎn)離電感器的EMI和其它噪聲源是兩者當(dāng)中更關(guān)鍵的一條。在PCB上使反饋線位于與電感器相對的一側(cè)，并且中間用接地層分開。

濾波電容器

當(dāng)使用小容量瓷質(zhì)輸入濾波電容器時(shí)，它應(yīng)該盡可能靠近IC的VIN引腳。這將消除盡可能多的線路電感影響，給內(nèi)部IC線路一個(gè)更干凈的電壓源。開關(guān)電源一些設(shè)計(jì)需要使用前饋電容器從輸出端連接到反饋引腳，通常是為了穩(wěn)定性的原因。在這種情況下，它的位置也應(yīng)該盡量靠近IC。使用表貼電容還會減少引線長度，從而減少噪聲耦合進(jìn)因通孔元件而造成的有效天線(effective antenna)。

補(bǔ)償

如果為了穩(wěn)定性，需要加入外部補(bǔ)償元件，它們也應(yīng)該盡量靠近IC。這里也建議使用表貼元件，原因同對濾波電容的討論。這些元件也不應(yīng)該離電感器太近。

走線和接地層

使所有的電源(大電流)走線盡可能短、直、粗。在一塊標(biāo)準(zhǔn)PCB板上，最好使走線的每安絕對最小寬度為15mil(0.381mm)。電感器、輸出電容器和輸出二極管應(yīng)該盡可能靠在一起。這樣可以幫助減少在大開關(guān)電流流過它們時(shí)，由開關(guān)電源走線引起的EMI。這也會減少引線電感和電阻，從而減少噪聲尖峰、鳴震(ringing)和阻性損耗，這些都會產(chǎn)生電壓誤差。IC的接地、輸入電容器、輸出電容器和輸出二極管(如果有的話)應(yīng)該一起直接連接到一個(gè)接地面。最好在PCB的兩面都設(shè)置接地面。這樣會減少接地環(huán)路誤差和吸收更多的由電感器產(chǎn)生的EMI，從而減少了噪聲。對于多于兩層的多層板，可以用接地面分開電源面(電源走線和元件所在的區(qū)域)和信號面(反饋和補(bǔ)償元件所在的區(qū)域)以提高性能。在多層板上，需要使用通孔把走線和不同的面連接起來。如果走線需要從一個(gè)面?zhèn)鬏斠粋€(gè)較大的電流到另一個(gè)面，每200mA電流使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通孔，是一個(gè)良好的習(xí)慣。

排列元件，使得開頭電流環(huán)同方向旋轉(zhuǎn)。根據(jù)開頭調(diào)節(jié)器的運(yùn)行方式，有兩種功率狀態(tài)。一個(gè)狀態(tài)是當(dāng)開頭閉合時(shí)，另一個(gè)狀態(tài)是當(dāng)開頭斷開時(shí)。在每種狀態(tài)期間，將由當(dāng)前導(dǎo)通的功率器件產(chǎn)生一個(gè)電流環(huán)。排列功率器件，以使每種狀態(tài)期間電流環(huán)的導(dǎo)通方向相同。這會防止兩個(gè)半環(huán)之間的走線產(chǎn)生磁場反轉(zhuǎn)，并可減少EMI的放射。

散熱

當(dāng)使用表貼功率IC或外部功率開關(guān)時(shí)，PCB通?？梢杂米魃崞?。這就是用PCB上的敷銅面來幫助器件散熱。參照特定器件手冊中有關(guān)使用PCB散熱的信息。這通常可以省去開關(guān)電源外加的散熱裝置。