關(guān)于開關(guān)側(cè)PCB鋪銅的設(shè)計心得

上期回顧：PCB布局寶典

本期內(nèi)容

開關(guān)電源是以功率MOS為核心的電能變換器，除了芯片自身的參數(shù)會對電能質(zhì)量產(chǎn)生較大影響外，PCB的設(shè)計也是非常重要。

今天，我們將以簡單的Buck電路為例，從不同的角度出發(fā)，和大家分享一下關(guān)于開關(guān)側(cè)PCB鋪銅的一些設(shè)計心得。

01首先，開關(guān)側(cè)，也就是我們常說的SW，是Buck電路中非常關(guān)鍵的位置，它是輸入回路和輸出回路的交點，同時也是橋臂功率MOS直接相連的地方。

一般來說，和功率MOS相連的信號，PCB的鋪銅面積都要盡可能設(shè)計得大一些，主要是兩方面的考量：

一方面是功率回路需要走較大的電流，在相同距離上，增加鋪銅寬度可以增大走線的通流能力，降低路徑損耗。

另一方面，和功率MOS直接相連的鋪銅，也承擔(dān)著器件散熱的角色。我們知道，散熱能力往往會成為電源芯片輸出能力的瓶頸。由于芯片pin腳的導(dǎo)熱性較好，芯片內(nèi)核到PCB的熱阻往往會小于到封裝表面的熱阻，這也就意味著芯片大部分熱是通過芯片pin腳導(dǎo)入PCB后耗散的，那增加SW的鋪銅面積，對于Buck芯片的散熱能力，也會有一定程度的提升。

02但是，這是否就意味著SW的鋪銅越大越好呢？

答案是否定的。

如果從噪聲維度去看，SW承接著Buck 拓?fù)涞妮斎牖芈泛洼敵龌芈?，隨著MOS的開關(guān)切換，SW處的電壓也會產(chǎn)生周期性的脈沖變化。同時，SW的電流也隨著MOS的高頻切換，呈現(xiàn)規(guī)律性的波動。

當(dāng)SW鋪銅面積變大，那么對參考地的寄生電容也會隨之增大，高頻電壓波動帶來的噪聲更容易通過寄生電容耦合到參考地, 從而影響其它采樣信號的識別。

同時，變化的電流會在空間產(chǎn)生變化的磁場，當(dāng)磁導(dǎo)線穿過閉合線圈時，則會感應(yīng)出電壓噪聲，對附近的信號產(chǎn)生一定的影響。隨著鋪銅面積的增加，干擾的輻射范圍也就越廣。

所以，為了盡可能減小對周邊信號的影響，我們希望SW的鋪銅面積越小越好。

另外，我們也不建議在SW處打過孔。

在實際應(yīng)用中，為了減小電源噪聲對信號鏈的影響，我們會在電源層下面加一層完整的GND作為噪聲屏蔽層。一旦SW處增加了過孔，就破環(huán)了屏蔽層的完整性，噪聲就會沿著過孔干擾到其它層的信號傳輸。

03那么，如何解決上述的矛盾呢？

1SW的鋪銅寬度需要保證橫截面有足夠的電流通流能力，這個是首要條件。一般來說，1OZ銅厚的PCB，走線寬度設(shè)計在15mil/A左右比較合理。在這個基礎(chǔ)上，盡可能縮短SW到電感之間的距離，來減小對周邊信號的干擾。

2我們可以通過增加電源芯片GND鋪銅以及輸入鋪銅的面積，來提升MOS的散熱能力。這樣就可以巧妙地化解這個設(shè)計上的矛盾點。