讓你一次搞定開關(guān)電源設(shè)計時PCB布局關(guān)鍵

　　目前的交換式穩(wěn)壓器和電源設(shè)計更精巧、性能也更強大，但其面臨的挑戰(zhàn)之一，在于不斷加速的開關(guān)頻率使得PCB設(shè)計更加困難。PCB布局正成為區(qū)分一個開關(guān)電源設(shè)計好壞的分水嶺。本文將就如何在第一次就實現(xiàn)良好PCB布局提出建議。

　　以一個將24V降為3.3V的3A交換式穩(wěn)壓器為例。乍看之下，一個10W穩(wěn)壓器不會太困難，所以設(shè)計師通常會忍不住直接進入建構(gòu)階段。

　　不過，在采用像美國國家半導(dǎo)體的Webench等設(shè)計軟件后，我們可觀察該構(gòu)想實際上會遭遇哪些問題。輸入上述要求后，Webench會選出該公司‘SimplerSwitcher’系列的LM25576（一款包括3AFET的42V輸入組件）。它采用的是帶散熱墊的TSSOP-20封裝。

　　Webench選項包括對體積或效率的設(shè)計最佳化，這些均為單一選項。即高效率要求低開關(guān)頻率（降低FET內(nèi)的開關(guān)損耗）。因此需要大容量的電感和電容，因而需更大PCB空間。

　　注意：最高效率是84%，且此最高效率是當輸入-輸出間的壓差很低時實現(xiàn)的。此例中，輸入/輸出比率大于7。一般情況，用兩個級降低級-級比率，但透過兩個穩(wěn)壓器得到的效率不會更好。

　　接著，我們選擇最小PCB面積的最高開關(guān)頻率。高開關(guān)頻率最可能在布局方面產(chǎn)生問題。隨后Webench產(chǎn)生包含所有主動和被動組件的電路圖。

　　電路設(shè)計

　　參考圖1的電流通路：把FET在導(dǎo)通狀態(tài)下流經(jīng)的通路標記為紅色；把FET在關(guān)斷狀態(tài)下的回路標記為綠色。我們觀察到兩種不同情況：兩種顏色區(qū)域和僅一種顏色的區(qū)域。我們必須特別關(guān)注后一種情況，因為此時電流在零以及滿量程電壓間交替變化。這些均為高di/dt區(qū)域。

　　圖1

　　高di/dt的交流電在PCB導(dǎo)線周圍產(chǎn)生大量磁場，該磁場是該電路內(nèi)其它組件甚至同一或鄰近PCB上其它電路的主要干擾源。由于假設(shè)公共電流路徑不是交流電，因此它不是關(guān)鍵路徑，di/dt的影響也小得多。另一方面，隨著時間變化，這些區(qū)域的負載更大。本例中，從二極管陰極到輸出以及從輸出地到二極管陽極是公共通路。當輸出電容充放電時，該電容具有極高的di/dt。連接輸出電容的所有線路必須滿足兩個條件：由于電流大，它們要寬；為最小化di/dt影響，它們必須盡量短。

　　圖2

　　事實上，設(shè)計師不應(yīng)采用把導(dǎo)線從Vout和接地引至電容的所謂傳統(tǒng)布局方法。這些導(dǎo)線應(yīng)是流經(jīng)大交流電的。將輸出和接地直接連至電容端子是更好的方法。因此，交替變化的電流僅展現(xiàn)在電容上。連接電容的其它導(dǎo)線現(xiàn)在流經(jīng)的幾乎是恒定電流，且與di/dt相關(guān)的任何問題都已被解決。

　　圖3

　　接地設(shè)計是另一個經(jīng)常發(fā)生誤解之處。只是簡單地在‘level2’放置一個地平面并將全部接地連接連至其上并不會獲得好的結(jié)果。

　　圖4