如何快速創(chuàng)建開關電源的PCB版圖設計？

讓我們看看為什么。我們的設計例子有高達3A的電流必須從地流回源(一個24V汽車電池或一個24V電源)。在二極管、COUT、CIN和負載的地連接處會有較大電流，而開關穩(wěn)壓器的地連接流經(jīng)的電流小。同樣情況也適用于電阻分壓器的參考地。若上述全部地引腳都連至一個地平面，將出現(xiàn)地線反彈現(xiàn)象。雖然很小，但電路中的敏感點(如借以獲得反饋電壓的電阻分壓器)將不會有穩(wěn)定的參考地。這樣，整個穩(wěn)壓精度將受到極大影響。實際上，隱藏在第二層地平面中的源還會產(chǎn)生“振鈴”現(xiàn)象，而且非常難以定位。

此外，大電流連接必定用到連接地平面的過孔，而過孔是另一個干擾和噪聲源。把CIN地連接作為電路輸入和輸出側所有大電流地導線的星型節(jié)點是個較好的解決方案。這個星型節(jié)點連接地平面和兩個小電流地連接(IC和分壓器)。

圖4：

現(xiàn)在地平面會很潔凈：沒有大電流、沒有地線反彈。所有大電流地是以星型連接到CIN地。所有設計人員必須要做的事是使(全部在PCB頂層的)地導線盡可能短而粗。

需要檢查的節(jié)點是那些高阻抗節(jié)點，因為它們很容易被干擾。最關鍵節(jié)點是IC的反饋管腳，其信號取自電阻分壓器。FB管腳是放大器(如LM25576)或比較器(如采用磁滯穩(wěn)壓器的場合)的輸入。在兩種情況FB點的阻抗都相當高。因此，電阻分壓器應放置在FB管腳的右側，從電阻分壓器中間連一條短導線到FB。從輸出到電阻分壓器的導線是低阻抗的，可用較長導線連至電阻分壓器。這里要緊的是布線方法而非導線長度。而其它節(jié)點就并非如此關鍵了。所以不必擔心開關節(jié)點、二極管、COUT、開關穩(wěn)壓器IC的VIN 管腳或者CIN。

布線方法

布線方法將給電阻分壓器帶來差別。該導線從COUT連至電阻分壓器，它的地回到COUT。我們必須確保該回路不形成一個開放區(qū)域。開放區(qū)域會起到接收天線的作用。如果我們能保證導線下的地平面沒有干擾，那么由導線和導線下的地以及第1層和第2層之間的一段距離圍成的區(qū)域應該也是沒有干擾的。現(xiàn)在明白了，為什么地不應放在第4層，因為距離顯著增加了。

另一種方法是將電阻分壓器的地連接布線在第1層，并且使兩條導線并行并盡可能靠近以使區(qū)域更小。這些觀點適用于信號流經(jīng)的全部導線：傳感器連接、放大器輸出、ADC或音頻功放的輸入。應對每個模擬信號進行處理，以減少它們拾取噪聲的可能性。

圖5：

只要有可能就盡量縮小開放的電路板區(qū)域面積的要求對低阻抗導線也同樣適用；在這種情況我們有一個潛在的向PCB其它部分或其它設備發(fā)射干擾信號的源(“天線”)。需要重申的是，開放電路板區(qū)域面積越小越好。

另外兩條導線也很關鍵，第一條是從IC的開關輸出到二極管和電感節(jié)點；第二條是從二極管到該節(jié)點。這兩條導線無論是在開關導通還是二極管流過電流時都有很高的di/dt，所以這些導線應盡可能短而粗。從該節(jié)點到電感以及從電感到COUT的導線就不那么關鍵。在本例中，電感電流相對恒定而且變化緩慢。我們所要做的是確保它是低阻抗點以最小化壓降。

實際樣例分析

圖6：比較好的開關電源版圖設計。

圖6是一個比較好的版圖設計。主要元件是一款與外部FET配合使用并采用MSOP-8封裝的控制器。注意CIN附近的空間，該電容的接地點直接連至二極管陽極。你無法使“電源地”內的導線更短！FET[SW]可向上移動幾毫米以縮短陰極-電感-FET之間的導線。

COUT區(qū)域是看不到的。但我們可觀察到電阻分壓器(FB1- FB2)非常接近該IC。FB2與另一個獨立的地平面連接，IC的地管腳也作同樣處理。利用三個過孔把“信號”地連至地平面，而“電源”地也是利用三個過孔連接PCB的GND腳。這樣，“信號”地就看不到“電源”地上發(fā)生的任何地線反彈。

如果你能遵循上述幾個簡單規(guī)則，你的PCB版圖設計將更為順利。在開始版圖設計前，花點時間仔細考慮PCB版圖設計將會起到事半功倍的效果，能幫助你節(jié)省今后解決開關電源中出現(xiàn)異常行為的時間。