PCB科技 - 非隔離開關電源PCB佈局

開關電源的一個常見問題是“不穩定”的開關波形. 有時, 抖動在聲音部分，磁性元件將產生音訊雜訊. 如果問題在於印刷電路板的佈局, 可能很難找到原因. 正確的 PCB佈局 在開關電源的初始階段，設計是非常關鍵的.

電源設計人員必須充分瞭解最終產品的科技細節和功能要求。 囙此，從電路板設計項目開始，源設計人員應在關鍵電力佈局上與PCB佈局設計人員密切合作。

良好的佈局設計可以優化功率效率並降低熱應力； 更重要的是，它最大限度地减少了雜訊以及記錄道和組件之間的相互作用。 為了實現這些目標，設計者必須瞭解開關電源內的電流傳導路徑和訊號流。 為了實現非隔離開關電源的正確佈局設計，必須記住以下設計元素。

2、佈局規劃

對於大型電路板上的嵌入式直流/直流電源，為了獲得最佳的電壓調節、負載瞬態回應和系統效率，有必要使功率輸出接近負載設備，並最小化PCB軌跡上的互連阻抗和傳導。 壓降。 確保有良好的氣流來限制熱應力； 如果可以使用強制風冷措施，電源應靠近風扇。

此外，大型無源元件（如電感器和電解電容器）不得封锁氣流通過薄型表面安裝的電晶體元件，如功率MOSFET或PWM控制器。 為了防止開關雜訊干擾系統中的類比信號，應盡可能避免在電源下放置敏感訊號線； 否則，您需要在電源層和小訊號層之間放置一個內部接地層以進行遮罩。

關鍵是在系統的早期設計和規劃階段規劃電源位置和電路板空間需求。 有時，設計者忽略了這一建議，而將注意力集中在大系統板上更“重要”或“令人興奮”的電路上。 電源管理被視為事後考慮，電源被放置在電路板上的額外空間上。 這種方法對高效可靠的電源設計非常不利。

對於多層板，一種好方法是在大電流功率元件層和敏感小訊號跟踪層之間放置直流接地或直流輸入/輸出電壓層。 接地層或直流電壓層提供交流接地遮罩小訊號軌跡，以防止高雜訊功率軌跡和功率元件的干擾。

作為一般規則, 無論是接地層還是直流電壓平面 多層PCB 應該分開. 如果這種分離不可避免, 儘量減少這些層上記錄道的數量和長度, 軌跡的佈局應與大電流方向一致，以將影響降至最低.

3、功率級佈置

開關電源電路可分為功率級電路和小訊號控制電路兩部分。 功率級電路包含用於傳輸大電流的部件。 通常，應首先放置這些元件，然後將小訊號控制電路放置在佈局中的特定點。

高電流軌跡應短而寬，以最小化PCB電感、電阻和壓降。 對於具有高di/dt脈衝電流的記錄道，這一方面尤其重要。

a顯示了高di/dt電流路徑中的PCB寄生電感。 由於寄生電感，脈衝電流路徑不僅會輻射磁場，還會在PCB記錄道和MOSFET上產生較大的電壓振鈴和尖峰。 為了最小化PCB電感，脈衝電流回路（所謂的熱回路）在佈置時應具有最小的周長，其軌跡應短而寬。

高頻去耦電容器CHF應為0.1mF～10mF，X5R或X7R介質陶瓷電容器，其具有非常低的ESL（有效串聯電感）和ESR（等效串聯電阻）。 較大的電容電介質（如Y5V）可能會導致電容值在不同的電壓和溫度下顯著下降，囙此它不是CHF的最佳資料。

b提供了buck變換器中關鍵脈衝電流回路的佈局示例. 為了限制電阻電壓降和過孔的數量, 功率元件放置在電路板的同一側, 功率跡線也放置在同一層上. 當需要將某條電力線路由到另一層時, 在連續電流路徑中選擇一條線路. 當使用過孔連接 PCB層 在高電流回路中, 使用多個過孔以最小化阻抗.