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當(dāng)今, 由于開關(guān)電源會產(chǎn)生電磁波而影響到其電子產(chǎn)品的正常工作，則正確的電源PCB排版技術(shù)就變得非常重要。
圖2(c) 濾波電路PCB走線方式 A差 B好 避免在地層上放置任何功率或信號走線。
圖3(a)中的A圖是當(dāng)直流電流在一個接地層上方流過時的情景。此時在地層上的返回直流電流非常均勻地分布在整個地層面上。圖3(a)中的B圖顯示當(dāng)高頻交流電流在同一個地層上方流過時的情景。此時在地層上的返回交流電流只能流在地層面的中間而地層面的兩邊則完全沒有電流。假設(shè)圖3(b)中的地層面是開關(guān)電源PCB上的接地層(Ground Plane)，設(shè)計人員應(yīng)該盡量避免在地層上放置任何功率或信號走線。一旦地層上的走線破壞了整個高頻交流環(huán)路，該電路會產(chǎn)生很人的電磁波輻射而破壞周邊電子器件的正常工作。
圖3(a) 鏡像面概念 A直流 B交流圖 3(b) 地層面上走線造成接地層的破壞 高頻交流環(huán)路的面積應(yīng)該盡量減小 為了減小高頻交流環(huán)路所產(chǎn)生的電磁波噪音，該環(huán)路的面積應(yīng)該控制得非常小。 如圖4所示，如果高頻交流電流環(huán)路面積Ac很大，就會在環(huán)路的內(nèi)部和外部產(chǎn)生很大的電磁干擾。如果同樣的高頻交流電流，當(dāng)環(huán)路面積設(shè)計得非常小時，環(huán)路內(nèi)部和外部電磁場互相抵消，整個電路會變得非常安靜。
圖4 高頻交流環(huán)路 過孔放置不應(yīng)破壞高頻交流電流在地層上路徑 許多設(shè)計人員喜歡在多層PCB上放置很多過孔(VIAS)。但是必須避免在高頻交流電流返回路徑上放置過多過孔。否則，地層上高頻交流電流走線會遭到破壞。如果必須在高頻交流電流路徑上放置一些過孔的話，過孔之間可以留出一些空間讓高頻交流電流順利通過。圖5(a)顯示了過孔放置方式。 設(shè)計者同時應(yīng)注意不同焊盤的形狀會產(chǎn)生不同的串聯(lián)電感。圖5(b)顯示了幾種焊盤形狀的串聯(lián)電感值。 旁路電容(Decouple)的放置也要考慮到它的串聯(lián)電感值。旁路電容必須是低阻抗和低ESL的瓷片電容。但如果一個高品質(zhì)瓷片電容在PCB上放置的方式不對，它的高頻濾波功能也就消失了。圖5( c )顯示了旁路電容正確和錯誤的放置方式。
圖5(a) 過孔放置方式圖 5(b) 焊盤寄生串聯(lián)電感圖 5(c) 旁路電容正確和錯誤的放置方式 電源直流輸出 許多開關(guān)電源的負(fù)載遠(yuǎn)離電源的輸出端口。為了避免輸出走線受到電源自身或周邊電子器件所產(chǎn)生的電磁波干擾，輸出電源走線必須像圖6中那樣靠得很近。輸出電流環(huán)路的面積也必須減小。
圖6 電源輸出直流電流環(huán)路 系統(tǒng)板上不同電路需要不同接地層，不同電路的接地層通過單點與電源接地層相連接
新一代電子產(chǎn)品系統(tǒng)板上會同時有模擬電路、數(shù)字電路及開關(guān)電源電路。為了減小開關(guān)電源噪音對敏感的模擬和數(shù)手電路的影響，通常需要分隔不同電路的接地層。如果選用多層PCB,不同電路的接地層可由不同PCB板層來分隔。如果整個產(chǎn)品只有一層接地層，則必須像圖7中那樣在單層中分隔。無論是在多層PCB上進(jìn)行地層分隔或是在單層PCB上進(jìn)行地層分隔，不同電路的地層都應(yīng)該通過單點與開關(guān)中源的接地相連接.
圖7 電路接地層與電源接地層的單店連接 開關(guān)電源PCB排版技術(shù)規(guī)則應(yīng)用舉例 回到圖8(a)的開關(guān)電源原理圖;通常首先需要知道電源高頻交流電流的路徑，并能夠區(qū)分小信號控制電路和功率電路元器件及其走線、圖8(a)將傳統(tǒng)電源原理圖(即,沒有粗黑線的電路圖)區(qū)分成控制電路部分和功率電路部分。一般來講，電源的功率電路主要包括輸入濾波電容，輸出濾波電容，濾波電感,上下端功率場效應(yīng)管?？刂齐娐分饕≒WM控制芯片，旁路電容，自舉電路，反饋分壓電阻，反饋補償電路。
圖8(a) 電源控制電路(細(xì)線)和功率電路(粗線) 電源功率電路PCB排版 電源功率器件在PCB上正確的放置和走線將決定整個電源工作是否正常。圖8(b)更進(jìn)一步顯示一個降壓式開關(guān)電源功率電路元器件上的電流和電壓波形。由于從輸入濾波電容(CIN)，上端場效應(yīng)管(Q1)和下端場效應(yīng)管(Q2)中所流過的電流是帶有高頻率和高峰值的交流電流，所以由CIN-Q1-Q2所形成的環(huán)路面積要盡量減小。同時由下端場效應(yīng)管(Q2)，電感(L)，和輸出濾波電容(Cout)所組成的環(huán)路面積也需要盡量減小。
圖8(b) 開關(guān)電源功率電路上的電流和電壓 如果未按照上述PCB排版技術(shù)規(guī)則的要點來制作功率電路PCB,很可能制作出有許多錯誤的電源PCB。 圖8(c)是一個比較好的電源功率電路PCB走線。
圖8(c) 正確的開關(guān)電源功率器件放置和走線 CIN-Q1-Q2和Q2-L-Cout環(huán)路的面積已控制得最小。上端場效應(yīng)管(Q)的源極，下端場效應(yīng)管(Q2)的漏極和輸出電感(L)之間的連接點是一整塊銅片焊盤。由于該連接點上的電壓是高頻和交流，Q1和Q2和乙需要靠得非常近。雖然輸出濾波電感(L)和輸出濾波電容(Cout)之間的走線上沒有高峰值的高頻交流電流，但比較寬的走線可以降低直流阻抗的損耗使電源的效率得到提高。如果成本上允許，電源可用一面完全是接地層的雙面PCB。但必須注意在地層上盡量避免走功率和信號線。在電源的輸入和輸出端口還各增加了一個瓷片電容器來改善電源的高頻濾波性. 電源控制電路PCB排版 電源控制電路PCB排版技術(shù)規(guī)則應(yīng)是控制芯片至上端和下端場效應(yīng)管的驅(qū)動電路環(huán)路要盡量短。 電源控制電路PCB排版也是非常重要。不合理的排版會造成電源輸出電壓的漂移和振蕩?？刂凭€路應(yīng)放置在功率電路的邊上，絕對不能放在高頻交流環(huán)路的中間。旁路電容要盡量靠近芯片的Vcc和接地腳(GND)。反饋分壓電阻最好也放置在芯片附近。芯片驅(qū)動至場效應(yīng)管的環(huán)路也要盡量減短。 結(jié)語 上述開關(guān)電源PCB排版的排版技術(shù)規(guī)則要點應(yīng)在實踐中逐步掌握與應(yīng)用,使所設(shè)計的便攜式開關(guān)電源的高質(zhì)量符合便攜式電子糸統(tǒng)的指標(biāo)。 |
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來自： 邱文青 > 《電子技術(shù)》
