工程師不可不知的開關電源關鍵設計（六）(6)

　　1．4 高頻環(huán)路

　　開關電源中有許多由功率器件所組成的高頻環(huán)路，如果對這△環(huán)路處嬋得不好的話，就會對電源的正常工作造成很大影響。為了減小高頻環(huán)路所產生的電磁波噪音，該環(huán)路的面積應該控制得非常小。如圖l1（a）所示，高頻電流環(huán)路面積很大，就會在環(huán)路的內部和外部產生很強的電磁于擾。同樣的高頻電流，當環(huán)路面積設計得非常小時，如圖11（b）所示，環(huán)路內部和外部電磁場互相抵消，整個電路會變得非常安靜。

　　電源排版基本要點4 高頻環(huán)路的面積應盡可能減小。

　　1.5 過孔和焊盤放置

　　許多設計人員喜歡在多層PCB卜放置很多過孔（VIAS）。但是，必須避免在高頻電流返同路徑上放置過多過。否則，地層上高頻電流走線會遭到破壞。如果必須在高頻電流路徑上放置一些過孔的活，過孔之間可以留出一空間讓高頻電流順利通過，圖12顯示了過孔放置方式。

　　電源排版基本要點5 過孔放置不應破壞高頻電流在地層上的流經。

　　設計者同時應注意不同焊盤的形狀會產生不同的串聯(lián)電感。圖13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乩的瓷片電容。但如果一個高品質瓷片電容在PCB上放置的方式不對，它的高頻濾波功能也就消失了。圖14顯示了旁路電容正確和錯誤的放置方式。

　　1．6 電源直流輸出

　　許多開關電源的負載遠離電源的輸出端口。為了避免輸出走線受電源自身或周邊電子器件所產生的電磁下擾，輸出電源走線必須像圖l5（b）那樣靠得很近，使輸出電流環(huán)路的面積盡可能減小。

　　l.7 地層在系統(tǒng)板上的分隔

　　新一代電子產品系統(tǒng)板七會同時有模擬電路、數字電路、開關電源電路。為了減小丌關電源噪音對敏感的模擬和數字電路的影響，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。如果整個產品只有一層接地層，則必須像圖16中那樣在單層中分隔。無論是在多層PCB上進行地層分隔還是在單層PCB 上進行地層分隔，不同電路的地層都應該通過單點與開關電源的接地層相連接。

　　電源排版基本要點6 系統(tǒng)板七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。

　　2 開關電源PCB排版例子

　　壓式開關電源原理圖。設汁人員應能在此線路圖上區(qū)分出功率電路中元器件和控制信號電路中元器件。如果設計者將該電源中所有的元器件當作數字電路中的元器件來處理，則問題會相當嚴重。通常首先需要知道電源高頻電流的路徑，并區(qū)分小信號控制電路和功率電路元器件及其走線。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。

　　2.l 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。設計人員首先要對開關電源功率器件上的電壓和電流的波形有一一定的了解。

　　圖18顯示一個降壓式開關電源功率電路元器件卜的電流和電壓波形。由于從輸入濾波電容（Cin），上端場效應管（S1）和F端場效應管（S2）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-S1-S2所形成的環(huán)路面積要盡量減小。同時由S2，L和輸出濾波電容（Cout）所組成的環(huán)路面積也要盡量減小。

　　如果設汁者未按本丈所述的要點來制作功率電路PCB，很可能制作出網19所示的電源PCB，圖19的PCB排版存在許多錯誤：第一，由于Cin有很大的ESL，Cin的高頻濾波能力基本上消失；第二，Cin-S1-S2和S1-LCout環(huán)路的面積太大，所產生的電磁噪音會對電源本身和周邊電路造成很大于擾；第三，L的焊盤靠得太近，造成Cp太大而降低了它的高頻濾波功能；第四，Cout焊盤引線太長，造成FSL太大而失去了高頻濾波線。 Cin-S1-S2和S2-L-Cout環(huán)路的面積已控制到最小。S1的源極，S2的漏極和L之問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，S1、S2和L需要靠得非常近。雖然L和Cout之間的走線上沒有高峰值的高頻電流，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，但必須注意在地層卜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能。

　　2.2 電源控制電路PCB排版

　　電源控制電路PCB排版也是非常重要的。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。芯片驅動至場效應管的環(huán)路也要盡量減短。

　　電源排版基本要點7 控制芯片至上端和下端場效應管的驅動電路環(huán)路要盡量短。

　　2.3開關電源PCB排版例1

　　圖21是圖17 PCB的元器件面走線圖。此電源中采用了一個低價PWM控制器（Semtech型號SCIIO4A）。PCB下層是一個完整的接地層。此PCB功率地層與控制地層之間沒有分隔?？梢钥吹皆撾娫吹墓β孰娐酚奢斎氩遄≒CB左上端）通過輸入濾波電容器（C1，C2，），S1，S2，L1，輸出濾波電容器（C10，C11，C12，C13），一直到輸出插座（PCB右下端）。SCll04A被放置在PCB的左下端。因為，在地層上功率電路電流不通過控制電路，所以，無必要將控制電路接地層與功率電路接地層進行分隔。如果輸入插座是放置在PCB的左下端，那么在地層上功率電路電流會直接通過控制電路，這時就有必要將二者分隔。