便攜式系統(tǒng)開關(guān)電源PCB排版技術(shù)

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(jì)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(huì)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(jì)者同時(shí)應(yīng)注意不同焊盤的形狀會(huì)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(gè)高品質(zhì)瓷片電容在PCB上放置的方式不對(duì)，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(cuò)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(cuò)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(diǎn)與電源接地層相連接

新一代電子產(chǎn)品系統(tǒng)板上會(huì)同時(shí)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(duì)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(gè)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(diǎn)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(hào)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(chǎng)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(bǔ)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(gè)電源工作是否正常。圖8(b)更進(jìn)一步顯示一個(gè)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(chǎng)效應(yīng)管(Q1)和下端場(chǎng)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(shí)由下端場(chǎng)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(diǎn)來制作功率電路PCB,很可能制作出有許多錯(cuò)誤的電源PCB。

圖8(c)是一個(gè)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(chǎng)效應(yīng)管(Q)的源極，下端場(chǎng)效應(yīng)管(Q2)的漏極和輸出電感(L)之間的連接點(diǎn)是一整塊銅片焊盤。由于該連接點(diǎn)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(hào)線。在電源的輸入和輸出端口還各增加了一個(gè)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(chǎng)效應(yīng)管的驅(qū)動(dòng)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(huì)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(duì)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(dòng)至場(chǎng)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(diǎn)應(yīng)在實(shí)踐中逐步掌握與應(yīng)用,使所設(shè)計(jì)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)。