PCB科技 - buck、boost和SEPIC轉換器的PCB設計

正確的 PCB佈局 是電源設計成功的最重要因素之一. 非隔離電源部分是電力系統的基本組成部分. 瞭解電流方向和高頻環路的構造管道可以說是PCB設計中最重要的一步.

本文討論了降壓、升壓和單端初級電感變換器（SEPIC）功率部分的電源設計科技。

降壓變流器

首先，我們使用輸出電壓低於輸入電壓的buck變換器。 圖1顯示了該降壓轉換器的原理圖和PCB佈局。

該簡化示意圖包括輸入和輸出電容器、電感器、開關電晶體和阻塞二極體

在脈寬調製器（PWM）的導通期間，電流沿著綠色箭頭所示的路徑流動，從輸入電容器通過開關電晶體流向電感器。 在PWM關閉期間，電流繼續沿著粉紅色箭頭的路徑流過電感器。 這意味著輸出具有連續流動的電流。

每個週期打開和關閉一次輸入高頻電流. 這種功率段佈局中最重要的部分是减少高頻環路. 上部的藍色箭頭反映了這個迴圈. 在電晶體導通期間, 電流短暫通過二極體D1流向接地. 在此期間, 如果輸入電容器彼此不是很接近, 那麼，這種大電流浪湧可能會導致一些設計問題.

確保電源軌跡或電源平面具有足够的寬度來承載電源電流. 一般來說, 電源平面應盡可能大，開關節點除外. 有一個很大的dV/開關節點上的dt訊號, 可以連接到 PCB佈局. 因此, 盡可能减少其表面積可以實現良好的設計. 使用多個過孔連接不同層上的電源平面. The simple rule of thumb is that each via (10mil drilling) should not exceed 1A. 如果可以創建一個連續地平面，其大小為 PCB板, 這將有助於减少譟音和高頻環路.

升壓變換器

升壓變換器用於從較低的輸入電壓產生較高的輸出電壓。 您可以在升壓變換器和降壓變換器中使用相同的過程來識別關鍵路徑和回路。

在PWM接通期間，電流通過電感器從輸入端子流向開關電晶體（如綠色箭頭所示）。 在此期間，能量在電感器中累積，然後在PWM關閉時轉移到輸出。 現在電流沿著粉色箭頭從輸入流向輸出。 這意味著輸入側的電流是連續的。 輸出電流為高頻開關電流。 為了將高頻雜訊降至最低，圖中以藍色顯示的回路必須盡可能短。

在電晶體的導通期間，電流僅短暫地通過二極體從輸出流向接地。 如果輸出電容器未正確分流該電流，則可能會導致電源設計出現問題。 buck變換器的總體佈局科技也可以應用於該boost變換器。 最小化開關節點面積，並使用多個過孔連接到地平面。

SEPIC變換器

當輸入電壓高於或低於輸出電壓時，可以使用SEPIC轉換器。 這種功率變換器在輸入電壓低於輸出電壓時可以起升壓作用，在輸入電壓高於輸出電壓時可以起降壓作用。 該電路使用兩個電感器或一個耦合電感器。

因為有兩個電感器，所以開關週期的每個部分都有兩個電流路徑。 在PWM接通期間，電流沿綠色箭頭流動，並在電感器中累積能量。 當PWM關閉時，能量通過粉紅色電流路徑傳輸到輸出。 在這種SEPIC設計中，輸入電流是連續的。 輸出端顯示高頻開關電流，囙此需要最小化回路。 建議使用靠近輸出電容器的通孔連接到接地層。 接地板可以在所有PCB組件之間提供低阻抗路徑，從而降低雜訊。

結束語

電源佈局設計是一項非常棘手的任務. The first step is to determine how 這個 current flows in the power supply, 然後找到並最小化高頻環路. 下一個, 使用地平面和電源平面連接 PCB組件 以非常低的阻抗管道. 確保使用的平面有足够的寬度來承載設計電流. 高頻開關節點應盡可能小，以减少雜訊耦合到其他訊號的機會. 使用多個過孔連接大型, 各種設備的連續接地層也可能是一種良好的設計.