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非隔離式開關(guān)電源PCB布局設(shè)計(jì)技巧

一個(gè)良好的布局設(shè)計(jì)可優(yōu)化效率,減緩熱應(yīng)力,并盡量減小走線與元件之間的噪聲與作用。這一切都源于設(shè)計(jì)人員對電源中電流傳導(dǎo)路徑以及信號(hào)流的理解。
  當(dāng)一塊原型電源板首次加電時(shí),最好的情況是它不僅能工作,而且還安靜、發(fā)熱低。然而,這種情況并不多見。
  開關(guān)電源的一個(gè)常見問題是“不穩(wěn)定”的開關(guān)波形。有些時(shí)候,波形抖動(dòng)處于聲波段,磁性元件會(huì)產(chǎn)生出音頻噪聲。如果問題出在印刷電路板的布局上,要找出原因可能會(huì)很困難。因此,開關(guān)電源設(shè)計(jì)初期的正確PCB布局就非常關(guān)鍵。
  電源設(shè)計(jì)者要很好地理解技術(shù)細(xì)節(jié),以及最終產(chǎn)品的功能需求。因此,從電路板設(shè)計(jì)項(xiàng)目一開始,電源設(shè)計(jì)者應(yīng)就關(guān)鍵性電源布局,與PCB布局設(shè)計(jì)人員展開密切合作。
  一個(gè)好的布局設(shè)計(jì)可優(yōu)化電源效率,減緩熱應(yīng)力;更重要的是,它最大限度地減小了噪聲,以及走線與元件之間的相互作用。為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo),設(shè)計(jì)者必須了解開關(guān)電源內(nèi)部的電流傳導(dǎo)路徑以及信號(hào)流。要實(shí)現(xiàn)非隔離開關(guān)電源的正確布局設(shè)計(jì),務(wù)必牢記以下這些設(shè)計(jì)要素。
  布局規(guī)劃
  對一塊大電路板上的嵌入dc/dc電源,要獲得最佳的電壓調(diào)節(jié)、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)和系統(tǒng)效率,就要使電源輸出靠近負(fù)載器件,盡量減少PCB走線上的互連阻抗和傳導(dǎo)壓降。確保有良好的空氣流,限制熱應(yīng)力;如果能采用強(qiáng)制氣冷措施,則要將電源靠近風(fēng)扇位置。
  另外,大型無源元件(如電感和電解電容)均不得阻擋氣流通過低矮的表面封裝半導(dǎo)體元件,如功率MOSFET或PWM控制器。為防止開關(guān)噪聲干擾到系統(tǒng)中的模擬信號(hào),應(yīng)盡可能避免在電源下方布放敏感信號(hào)線;否則,就需要在電源層和小信號(hào)層之間放置一個(gè)內(nèi)部接地層,用做屏蔽。
  關(guān)鍵是要在系統(tǒng)早期設(shè)計(jì)和規(guī)劃階段,就籌劃好電源的位置,以及對電路板空間的需求。有時(shí)設(shè)計(jì)者會(huì)無視這種忠告,而把關(guān)注點(diǎn)放在大型系統(tǒng)板上那些更“重要”或“讓人興奮”的電路。電源管理被看作事后工作,隨便把電源放在電路板上的多余空間上,這種做法對高效率而可靠的電源設(shè)計(jì)十分不利。
  對于多層板,很好的方法是在大電流的功率元件層與敏感的小信號(hào)走線層之間布放直流地或直流輸入/輸出電壓層。地層或直流電壓層提供了屏蔽小信號(hào)走線的交流地,使其免受高噪聲功率走線和功率元件的干擾。
  作為一般規(guī)則,多層PCB板的接地層或直流電壓層均不應(yīng)被分隔開。如果這種分隔不可避免,就要盡量減少這些層上走線的數(shù)量和長度,并且走線的布放要與大電流保持相同的方向,使影響最小化。

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