便携式体系开关电源PCB排版技能
当今, 因为开关电源会发生电磁波而影响到其电子产品的正常作业，则正确的电源PCB排版技能就变得十分重要。
许多情况下，一个在纸上规划得十分完美的电源可能在初度调试时无法正常作业，原因是该电源的PCB排版存在着许多问题.例如,对一个消费类电子设备上的降压式开关电源原理图来说,规划人员应能够在此线路图上区别功率电路中元器材和操控信号电路中元器材,但假如规划者将这电源中所有的元器材当作数字电路中的元器材相同来处理，则问题会相当严重。开关电源PCB排版与数字电路PCB排版彻底不相同。在数字电路排版中，许多数字芯片能够经过PCB软件来主动摆放且芯片之间的衔接线能够经过PCB软件来主动衔接。用主动排版方法所排版出的开关电源必定无法正常作业。所以，规划人员需求把握和了解正确的开关电源PCB排版技能规矩。
开关电源PCB排版技能规矩
旁路瓷片电容器的电容量不能太大，而它的寄生串联电感量应该尽量减小。多个电容器并联能改进电容的高频阻抗特性
当一个电容器作业频率在fo以下时，电容阻抗Zc随频率的上升而减小;当电容器作业频率在fo以上时，电容阻抗Zc会变得像电感阻抗相同随频率的上升而添加;当电容器作业频率挨近fo时，电容阻抗就等于它的等效串联电阻(RESR)。
电解电容器一般都有很大电容量和很大等效串联电感。因为它的谐振频率很低，所以只能运用在低频滤波上。钽电容器一般都有较大电容量和较小等效串联电感，因此它的谐振频率会高于电解电容器，并能运用在中高频滤波上。瓷片电容器电容量和等效串联电感一般都很小，因此它的谐振频率远高于电解电容器和钽电容器，所以能运用在高频滤波和旁路电路上。因为小电容量瓷片电容器的谐振频率会比大电容量瓷片电容器的谐振频率要高，因此在
挑选旁路电容时不能光选用电容值过高的瓷片电容器。为了改进电容的高频特性，多个不同特性的电容器能够并联起来运用.图1(a)是多个不同特性的电容器并联后改进的阻抗作用。经过剖析就不难理解此排版规矩的重要了。图1(b)显现了在一个PCB上输入电源(VIN)至负载(RL)的不同走线方法。为了下降滤波电容器(C)的ESL，电容器引脚的引线长度应尽量减短：而VIN 正极至及RL 和VIN负极至RL的走线应尽量挨近。
图1(a) 多个电容器并联可改进阻抗特性 图1(b) 滤波电路PCB走线方法A差，B好
电感的寄生并联电容量应该尽量减小,电感引脚之间的间隔越远越好
图2(a)中的电流环路类似于只要一圈线圈绕组的电感。能够看到高频率沟通电流所发生的电磁场B(t)会盘绕在此环路的外部和内部。假如高频沟通电流环路面积(Ac)很大，就会在此环路的内外部发生很大的电磁搅扰。
图2(a) 为电流环路类似于只要一圈线圈绕组的电感
当一个电感作业频率在fo以下时，电感阻抗随频率的上升而添加;当电感作业频率在fo以上时，电感阻抗随频率的上升而减小;当电感作业频率挨近fo时，电感阻抗就等于它的等效并联电阻(REPR)。
在开关电源的使用中电感的等效并联电容(CP)应该操控得越小越好。一起有必要留意同一电感量的电感会因为线圈结构不同而发生不同的等效并联电容值(CP)。
图2(b)就显现了同一电感量的电感在二种不同的线圈结构下不同的等效并联电容值。
图2(b) 中第一种电感的五圈绕组是按次序绕制。这种线圈结构所发生的等效并联电容值(CP )是单组线圈等效并联电容值(C)的五分之一。图2(b)中第二种电感的五圈绕组是按穿插次序绕制。其间绕组#4和#5放置在绕组#1#2#3之间而绕组#1和#5十分挨近.这种线圈结构所发生的等效并联电容值(Cp)是单组线圈等效并联电容值(C)的两倍。
能够看到，相同电感量的两种电感的等效并联电容值竟然相差达十倍。在高频滤波上假如一个电感的等效并联电容值太大，高频噪音就会很容易地经过它的并联电容而直接流到负载上。这样的电感也就失去了它的高频滤波功用。
图2(b) 不同线圈结构构成不同等效并联电容值
图2(c)显现了在一个PCB上输入电源(VIN)经过电感(L)至负载(RL)的不同走线方法。为了下降电感的Cp，电感的二个引脚应尽量远离。而VIN 正极至RL和VIN 负极至RL上的走线应尽量挨近。
图2(c) 滤波电路PCB走线方法 A差 B好
防止在地层上放置任何功率或信号走线。
图3(a)中的A图是当直流电流在一个接地层上方流过期的情形。此刻在地层上的回来直流电流十分均匀地散布在整个地层面上。图3(a)中的B图显现当高频沟通电流在同一个地层上方流过期的情形。此刻在地层上的回来沟通电流只能流在地层面的中心而地层面的两头则彻底没有电流。假定图3(b)中的地层面是开关电源PCB上的接地层(Ground Plane)，规划人员应该尽量防止在地层上放置任何功率或信号走线。一旦地层上的走线损坏了整个高频沟通环路，该电路会发生很人的电磁波辐射而损坏周边电子器材的正常作业。
图3(a) 镜像面概念 A直流 B沟通图 3(b) 地层面上走线构成接地层的损坏
高频沟通环路的面积应该尽量减小
为了减小高频沟通环路所发生的电磁波噪音，该环路的面积应该操控得十分小。
如图4所示，假如高频沟通电流环路面积Ac很大，就会在环路的内部和外部发生很大的电磁搅扰。假如相同的高频沟通电流，当环路面积规划得十分小时，环路内部和外部电磁场相互抵消，整个电路会变得十分安静。
图4 高频沟通环路
过孔放置不该损坏高频沟通电流在地层上途径
许多规划人员喜爱在多层PCB上放置许多过孔(VIAS)。可是有必要防止在高频沟通电流回来途径上放置过多过孔。不然，地层上高频沟通电流走线会遭到损坏。假如有必要在高频沟通电流途径上放置一些过孔的话，过孔之间能够留出一些空间让高频沟通电流顺畅经过。图5(a)显现了过孔放置方法。
规划者一起应留意不同焊盘的形状会发生不同的串联电感。图5(b)显现了几种焊盘形状的串联电感值。
旁路电容(Decouple)的放置也要考虑到它的串联电感值。旁路电容有必要是低阻抗和低ESL的瓷片电容。但假如一个高品质瓷片电容在PCB上放置的方法不对，它的高频滤波功用也就消失了。图5( c )显现了旁路电容正确和过错的放置方法。
图5(a) 过孔放置方法图 5(b) 焊盘寄生串联电感图 5(c) 旁路电容正确和过错的放置方法
电源直流输出
许多开关电源的负载远离电源的输出端口。为了防止输出走线遭到电源本身或周边电子器材所发生的电磁波搅扰，输出电源走线有必要像图6中那样靠得很近。输出电流环路的面积也有必要减小。
图6 电源输出直流电流环路
体系板上不同电路需求不同接地层，不同电路的接地层经过单点与电源接地层相衔接
新一代电子产品体系板上会一起有模仿电路、数字电路及开关电源电路。为了减小开关电源噪音对灵敏的模仿和数手电路的影响，一般需求分隔不同电路的接地层。假如选用多层PCB,不同电路的接地层可由不同PCB板层来分隔。假如整个产品只要一层接地层，则有必要像图7中那样在单层中分隔。无论是在多层PCB上进行地层分隔或是在单层PCB上进行地层分隔，不同电路的地层都应该经过单点与开关中源的接地相衔接.
图7 电路接地层与电源接地层的单店衔接
开关电源PCB排版技能规矩使用举例
回到图8(a)的开关电源原理图;一般首要需求知道电源高频沟通电流的途径，并能够区别小信号操控电路和功率电路元器材及其走线、图8(a)将传统电源原理图(即,没有粗黑线的电路图)区别成操控电路部分和功率电路部分。一般来讲，电源的功率电路首要包含输入滤波电容，输出滤波电容，滤波电感,上下端功率场效应管。操控电路首要包含PWM操控芯片，旁路电容，自举电路，反应分压电阻，反应补偿电路。
图8(a) 电源操控电路(细线)和功率电路(粗线)
电源功率电路PCB排版
电源功率器材在PCB上正确的放置和走线将决议整个电源作业是否正常。图8(b)更进一步显现一个降压式开关电源功率电路元器材上的电流和电压波形。因为从输入滤波电容(CIN)，上端场效应管(Q1)和下端场效应管(Q2)中所流过的电流是带有高频率和高峰值的沟通电流，所以由CIN-Q1-Q2所构成的环路面积要尽量减小。一起由下端场效应管(Q2)，电感(L)，和输出滤波电容(Cout)所组成的环路面积也需求尽量减小。
图8(b) 开关电源功率电路上的电流和电压
假如未按照上述PCB排版技能规矩的关键来制造功率电路PCB,很可能制造出有许多过错的电源PCB。
图8(c)是一个比较好的电源功率电路PCB走线。
图8(c) 正确的开关电源功率器材放置和走线
CIN-Q1-Q2和Q2-L-Cout环路的面积已操控得最小。上端场效应管(Q)的源极，下端场效应管(Q2)的漏极和输出电感(L)之间的衔接点是一整块铜片焊盘。因为该衔接点上的电压是高频和沟通，Q1和Q2和乙需求靠得十分近。尽管输出滤波电感(L)和输出滤波电容(Cout)之间的走线上没有高峰值的高频沟通电流，但比较宽的走线能够下降直流阻抗的损耗使电源的功率得到进步。假如本钱上答应，电源可用一面彻底是接地层的双面PCB。但有必要留意在地层上尽量防止走功率和信号线。在电源的输入和输出端口还各添加了一个瓷片电容器来改进电源的高频滤波性.
电源操控电路PCB排版
电源操控电路PCB排版技能规矩应是操控芯片至上端和下端场效应管的驱动电路环路要尽量短。
电源操控电路PCB排版也是十分重要。不合理的排版会构成电源输出电压的漂移和振动。操控线路应放置在功率电路的边上，肯定不能放在高频沟通环路的中心。旁路电容要尽量挨近芯片的Vcc和接地脚(GND)。反应分压电阻最好也放置在芯片邻近。芯片驱动至场效应管的环路也要尽量减短。
结语
上述开关电源PCB排版的排版技能规矩关键应在实践中逐渐把握与使用,使所规划的便携式开关电源的高质量契合便携式电子糸统的目标。
