開關電源PCB排版基本要點：電容高頻濾波特性

為了適應電子產(chǎn)品飛快的更新?lián)Q代節(jié)奏，產(chǎn)品設計工程師更傾向于選擇在市場上很容易采購到的AC/DC 適配器，并把多組直流電源直接安裝在系統(tǒng)的線路板上。

由于開關電源產(chǎn)生的電磁干擾會影響到其電子產(chǎn)品的正常工作，正確的電源PCB 排版就變得非常重要。開關電源PCB 排版與數(shù)字電路PCB 排版完全不一樣。

在數(shù)字電路排版中，許多數(shù)字芯片可以通過PCB 軟件來自動排列，且芯片之間的連接線可以通過PCB 軟件來自動連接。用自動排版方式排出的開關電源肯定無法正常工作。

所以，設計人員需要對開關電源PCB 排版基本規(guī)則和開關電源工作原理有一定的了解。

開關電源PCB排版基本要點01

電容高頻濾波特性

下圖是電容器基本結構和高頻等效模型

電容的基本公式是 C=εrε0

從公式上可以看出：減小電容器極板之間的距離（d）和增加極板的截面積（A）將增加電容器的電容量。電容通常存在等效串聯(lián)電阻（ESR）和等效串聯(lián)電感（ESL）二個寄生參數(shù)。

下圖是電容器在不同工作頻率下的阻抗（ZC）

電解電容器一般都有很大的電容量和很大的等效串聯(lián)電感。由于它的諧振頻率很低，所以只能使用在低頻濾波上。鉭電容器一般都有較大電容量和較小等效串聯(lián)電感，因而它的諧振頻率會高于電解電容器，并能使用在中高頻濾波上。

瓷片電容器電容量和等效串聯(lián)電感一般都很小，因而它的諧振頻率遠高于電解電容器和鉭電容器，所以能使用在高頻濾波和旁路電路上。由于小電容量瓷片電容器的諧振頻率會比大電容量瓷片電容器的諧振頻率要高，因此，在選擇旁路電容時不能光選用電容值過高的瓷片電容器。

為了改善電容的高頻特性，多個不同特性的電容器可以并聯(lián)起來使用。圖3 是多個不同特性的電容器并聯(lián)后阻抗改善的效果。

電源排版基本要點?1 ?旁路瓷片電容器的電容不能太大，而它的寄生串聯(lián)電感應盡量小，多個電容器并聯(lián)能改善電容的高頻阻抗特性。

圖4 顯示了在一個PCB上輸入電源（Vin）至負載（RL）的不同走線方式。為了降低濾波電容器（C） 的ESL，其引線長度應盡量減短；而Vin正極至RL和Vin負極至RL的走線應盡量靠近。

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電感高頻濾波特性

圖5 中的電流環(huán)路類似于一匝線圈的電感。高頻交流電流所產(chǎn)生的電磁場B（t）將環(huán)繞在此環(huán)路的外部和內(nèi)部。如果高頻電流環(huán)路面積（AC）很大，就會在此環(huán)路的內(nèi)外部產(chǎn)生很大的電磁干擾。

電感通常存在等效并聯(lián)電阻（EPR）和等效并聯(lián)電容（CP）二個寄生參數(shù)。圖6 是電感在不同工作頻率下的阻抗（ZL）。

在開關電源中電感的CP應該控制得越小越好。同時必須注意到，同一電感量的電感會由于線圈結構不同而產(chǎn)生不同的CP值。圖7 就顯示了同一電感量的電感在二種不同的線圈結構下不同的CP值。

圖7（a）電感的5 匝繞組是按順序繞制。這種線圈結構的CP值是1 匝線圈等效并聯(lián)電容值（C）的1/5。圖7（b）電感的5 匝繞組是按交叉順序繞制。其中繞組4 和5 放置在繞組1、2、3 之間，而繞組1 和5 非?？拷?。這種線圈結構所產(chǎn)生的CP值是1 匝線圈C值的兩倍。

可以看到，相同電感量的兩種電感的CP值居然相差達數(shù)倍。在高頻濾波上如果一個電感的CP值太大，高頻噪音就會很容易地通過CP直接耦合到負載上。這樣的電感也就失去了它的高頻濾波功能。

圖8 顯示了在一個PCB上Vin通過L至負載（RL）的不同走線方式。為了降低電感的CP，電感的二個引腳應盡量遠離。而Vin正極至RL和Vin負極至RL的走線應盡量靠近。

電源排版基本要點 2 電感的寄生并聯(lián)電容應盡量小，電感引腳焊盤之間的距離越遠越好。