开关电源的PCB布线要求dzpj

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1、开关电源源的PCCB布线线设计 开关电电源PCCB排版版是开发发电源产产品中的的一个重重要过程程。许多多情况下下，一个个在纸上上设计得得非常完完美的电电源可能能在初次次调试时时无法正正常工作作，原因因是该电电源的PPCB排排版存在在着许多多问题 0、引引言 为为了适应应电子产产品飞快快的更新新换代节节奏，产产品设计计工程师师更倾向向于选择择在市场场上很容容易采购购到的AACDDC适配配器，并并把多组组直流电电源直接接安装在在系统的的线路板板上。由由于开关关电源产产生的电电磁干扰扰会影响响到其电电子产品品的正常常工作，正正确的电电源PCCB排版版就变得得非常重重要。开开关电源源PCBB排版与与数

2、字电电路PCCB排版版完全不不一样。在在数字电电路排版版中，许许多数字字芯片可可以通过过PCBB软件来来自动排排列，且且芯片之之间的连连接线可可以通过过PCBB软件来来自动连连接。用用自动排排版方式式排出的的开关电电源肯定定无法正正常工作作。所以以，没计计人员需需要对开开关电源源PCBB排版基基本规则则和开关关电源工工作原理理有一定定的了解解。1、 开开关电源源PCBB排版基基本要点点1.11 电容容高频滤滤波特性性图图1是电电容器基基本结构构和高频频等效模模型。电容的基基本公式式是 式(1)显显示，减减小电容容器极板板之间的的距离(d)和和增加极极板的截截面积(A)将将增加电电容器的的电容量

3、量。 电容通通常存在在等效串串联电阻阻(ESSR)和和等效串串联电感感(ESSL)二二个寄生生参数。图图2是电电容器在在不同工工作频率率下的阻阻抗(ZZc)。 一个电电容器的的谐振频频率(ffo)可可以从它它自身电电容量(C)和和等效串串联电感感量(LLESLL)得到到，即 当当一个电电容器工工作频率率在foo以下时时，其阻阻抗随频频率的上上升而减减小，即即 当电电容器工工作频率率在foo以上时时，其阻阻抗会随随频率的的上升而而增加，即即 当电电容器工工作频率率接近ffo时，电电容阻抗抗就等于于它的等等效串联联电阻(RESSR)。 电解电电容器一一般都有有很大的的电容量量和很大大的等效效串联电

4、电感。由由于它的的谐振频频率很低低，所以以只能使使用在低低频滤波波上。钽钽电容器器一般都都有较大大电容量量和较小小等效串串联电感感，因而而它的谐谐振频率率会高于于电解电电容器，并并能使用用在中高高频滤波波上。瓷瓷片电容容器电容容量和等等效串联联电感一一般都很很小，因因而它的的谐振频频率远高高于电解解电容器器和钽电电容器，所所以能使使用在高高频滤波波和旁路路电路上上。由于于小电容容量瓷片片电容器器的谐振振频率会会比大电电容量瓷瓷片电容容器的谐谐振频率率要高，因因此，在在选择旁旁路电容容时不能能光选用用电容值值过高的的瓷片电电容器。为为了改善善电容的的高频特特性，多多个不同同特性的的电容器器可以并

5、并联起来来使用。图图3是多多个不同同特性的的电容器器并联后后阻抗改改善的效效果。 电源排排版基本本要点11旁路瓷瓷片电容容器的电电容不能能太大，而而它的寄寄生串联联电感应应尽量小小，多个个电容器器并联能能改善电电容的高高频阻抗抗特性。 图4显示了在一个PCB上输入电源(Vin)至负载(RL)的不同走线方式。为了降低滤波电容器(C)的ESL，其引线长度应尽量减短；而Vin。正极至RL和Vin负极至R1的走线应尽量靠近。1.2 电感高高频滤波波特性 图5中中的电流流环路类类似于一一匝线圈圈的电感感。高频频交流电电流所产产生的电电磁场RR(t)将环绕绕在此环环路的外外部和内内部。如如果高频频电流环环

6、路面积积(Acc)很大大，就会会在此环环路的内内外部产产生很大大的电磁磁干扰。 电感的的基本公公式是 从式(5)可可知，减减小环路路的面积积(Acc)和增增加环路路周长(lm)可减小小L。 电感通通常存在在等效并并联电阻阻(EPPR)和和等效并并联电容容(Cpp)二个个寄生参参数。图图6是电电感在不不同工作作频率下下的阻抗抗(ZLL)。 谐振频频率(ffo)可可以从电电感自身身电感值值(L)和它的的等效并并联电容容值(CCp)得得到，即即 当一一个电感感工作频频率在ffo以下下时，电电感阻抗抗随频率率的上升升而增加加，即 当当电感工工作频率率在foo以上时时，电感感阻抗随随频率的的上升而而减小

7、，即即 当电电感工作作频率接接近foo时，电电感阻抗抗就等于于它的等等效并联联电阻(REPPR)。 在开关关电源中中电感的的Cp应应该控制制得越小小越好。同同时必须须注意到到，同一一电感量量的电感感会由于于线圈结结构不同同而产生生不同的的Cp值值。图77就显示示了同一一电感量量的电感感在二种种不同的的线圈结结构下不不同的CCp值。图图7(aa)电感感的5匝匝绕组是是按顺序序绕制。这这种线圈圈结构的的Cp值值是l匝匝线圈等等效并联联电容值值(C)的15。图图7(bb)电感感的5匝匝绕组是是按交叉叉顺序绕绕制。其其中绕组组4和55放置在在绕组11、2、33之间，而而绕组ll和5非非常靠近近。这种种

8、线圈结结构所产产牛的CCp是11匝线圈圈C值的的两倍。 可以看看到，相相同电感感量的两两种电感感的Cpp值居然然相差达达数倍。在在高频滤滤波上如如果一个个电感的的Cp值值太大，高高频噪音音就会很很容易地地通过CCp直接接耦合到到负载上上。这样样的电感感也就失失去了它它的高频频滤波功功能。 图8显显示了在在一个PPCB上上Vinn通过LL至负载载(RLL)的不不同走线线方式。为为了降低低电感的的Cp,电感的的二个引引脚应尽尽量远离离。而VVin正正极至RRL和VVin负负极至RRL的走走线应尽尽量靠近近。 电源排排版基本本要点22电感的的寄生并并联电容容应尽量量小，电电感引脚脚焊盘之之间的距距离

9、越远远越好。1.3 镜像面面 电磁磁理论中中的镜像像面概念念对设计计者掌握握开关电电源的PPCB排排版会有有很大的的帮助。图图9是镜镜像面的的基本概概念。 图9(a)是是当直流流电流在在一个接接地层上上方流过过时的情情景。此此时在地地层上的的返回直直流电流流非常均均匀地分分布在整整个地层层面上。图图9(hh)显示示当高频频电流在在同一个个地层上上方流过过时的情情景。此此时在地地层上的的返回交交流电流流只能流流在地层层面的中中间而地地层面的的两边则则完全没没有电流流。 一一日理理解了镜镜像面概概念，我我们很容容易看到到在图110中地地层面上上走线的的问题。接接地层(Grooundd Pllane

10、e)，没没汁人员员应该尽尽量避免免在地层层上放置置任何功功率或信信号走线线。一旦旦地层上上的走线线破坏了了整个高高频环路路，该电电路会产产牛很强强的电磁磁波辐射射而破坏坏周边电电子器件件的正常常工作。 电源排排版基本本要点33避免在在地层上上放置任任何功率率或信号号走线。14 高频环环路 开开关电源源中有许许多由功功率器件件所组成成的高频频环路，如如果对这这环路处处婵得不不好的话话，就会会对电源源的正常常工作造造成很大大影响。为为了减小小高频环环路所产产生的电电磁波噪噪音，该该环路的的面积应应该控制制得非常常小。如如图l11(a)所示，高高频电流流环路面面积很大大，就会会在环路路的内部部和外部

11、部产生很很强的电电磁于扰扰。同样样的高频频电流，当当环路面面积设计计得非常常小时，如如图111(b)所示，环环路内部部和外部部电磁场场互相抵抵消，整整个电路路会变得得非常安安静。 电源排排版基本本要点44高频环环路的面面积应尽尽可能减减小。1.5 过孔和和焊盘放放置 许许多设计计人员喜喜欢在多多层PCCB卜放放置很多多过孔(VIAAS)。但但是，必必须避免免在高频频电流返返同路径径上放置置过多过过。否则则，地层层上高频频电流走走线会遭遭到破坏坏。如果果必须在在高频电电流路径径上放置置一些过过孔的活活，过孔孔之间可可以留出出一空间间让高频频电流顺顺利通过过，图112显示示了过孔孔放置方方式。 电

12、源排排版基本本要点55过孔放放置不应应破坏高高频电流流在地层层上的流流经。 设计者者同时应应注意不不同焊盘盘的形状状会产生生不同的的串联电电感。图图13显显示了儿儿种焊盘盘形状的的串联电电感值。 旁路电电容(DDecoouplle)的的放置也也要考虑虑到它的的串联电电感值。旁旁路电容容必须是是低阻抗抗和低EESL乩乩的瓷片片电容。但但如果一一个高品品质瓷片片电容在在PCBB上放置置的方式式不对，它它的高频频滤波功功能也就就消失了了。图114显示示了旁路路电容正正确和错错误的放放置方式式。16 电源直直流输出出 许多多开关电电源的负负载远离离电源的的输出端端口。为为了避免免输出走走线受电电源自身

13、身或周边边电子器器件所产产生的电电磁下扰扰，输出出电源走走线必须须像图ll5(bb)那样样靠得很很近，使使输出电电流环路路的面积积尽可能能减小。l.7 地层在在系统板板上的分分隔 新新一代电电子产品品系统板板上会同同时有模模拟电路路、数字字电路、开开关电源源电路。为为了减小小开关电电源噪音音对敏感感的模拟拟和数字字电路的的影响，通通常需要要分隔不不同电路路的接地地层。如如果选用用多层PPCB，不不同电路路的接地地层可由由不同PPCB板板层来分分隔。如如果整个个产品只只有一层层接地层层，则必必须像图图16中中那样在在单层中中分隔。无无论是在在多层PPCB上上进行地地层分隔隔还是在在单层PPCB

14、上进行行地层分分隔，不不同电路路的地层层都应该该通过单单点与开开关电源源的接地地层相连连接。 电源排排版基本本要点66系统板板上不同同电路需需要不同同接地层层，不同同电路的的接地层层通过单单点与电电源接地地层相连连接。2、开关关电源PPCB排排版例子子 设汁汁人员应应能在此此线路图图上区分分出功率率电路中中元器件件和控制制信号电电路中元元器件。如如果设计计者将该该电源中中所有的的元器件件当作数数字电路路中的元元器件来来处理，则则问题会会相当严严重。通通常首先先需要知知道电源源高频电电流的路路径，并并区分小小信号控控制电路路和功率率电路元元器件及及其走线线。一般般来讲，电电源的功功率电路路主要包

15、包括输入入滤波电电容、输输出滤波波电容、滤滤波电感感、上下下端功率率场效应应管。控控制电路路主要包包括PWWM控制制芯片、旁旁路电容容、自举举电路、反反馈分压压电阻、反反馈补偿偿电路。2.l 电源功功率电路路PCBB排版 电源功功率器件件在PCCB上正正确的放放置和走走线将决决定整个个电源工工作是否否正常。设设计人员员首先要要对开关关电源功功率器件件上的电电压和电电流的波波形有一一一定的的了解。 图188显示一一个降压压式开关关电源功功率电路路元器件件上的电电流和电电压波形形。由于于从输入入滤波电电容(CCin)，上端端场效应应管(SS1)和和F端场场效应管管(S22)中所所流过的的电流是是带

16、有高高频率和和高峰值值的交流流电流，所所以由CCin-S1-S2所所形成的的环路面面积要尽尽量减小小。同时时由S22，L和和输出滤滤波电容容(Coout)所组成成的环路路面积也也要尽量量减小。 如果设设汁者未未按本文文所述的的要点来来制作功功率电路路PCBB，很可可能制作作出网119所示示的电源源PCBB，图119的PPCB排排版存在在许多错错误：第第一，由由于Ciin有很很大的EESL，CCin的的高频滤滤波能力力基本上上消失；第二，CCin-S1-S2和和S1-LCoout环环路的面面积太大大，所产产生的电电磁噪音音会对电电源本身身和周边边电路造造成很大大于扰；第三，LL的焊盘盘靠得太太近

17、，造造成Cpp太大而而降低了了它的高高频滤波波功能；第四，CCoutt焊盘引引线太长长，造成成FSLL太大而而失去了了高频滤滤波线。 Cinn-S11-S22和S22-L-Couut环路路的面积积已控制制到最小小。S11的源极极，S22的漏极极和L之之问的连连接点是是一整块块铜片焊焊盘。由由于该连连接点上上的电压压是高频频，S11、S22和L需需要靠得得非常近近。虽然然L和CCoutt之间的的走线上上没有高高峰值的的高频电电流，但但比较宽宽的走线线可以降降低直流流阻抗的的损耗使使电源的的效率得得到提高高。如果果成本上上允许，电电源可用用一面完完全是接接地层的的双面PPCB，但但必须注注意在地地

18、层卜尽尽量避免免走功率率和信号号线。在在电源的的输入和和输出端端口还各各增加了了一个瓷瓷片电容容器来改改善电源源的高频频滤波性性能。2.2 电源控控制电路路PCBB排版 电源控控制电路路PCBB排版也也是非常常重要的的。不合合理的排排版会造造成电源源输出电电压的漂漂移和振振荡。控控制线路路应放置置在功率率电路的的边上，绝绝对不能能放在高高频交流流环路的的中间。旁旁路电容容要尽量量靠近芯芯片的VVcc和和接地脚脚(GNND)。反反馈分压压电阻最最好也放放置在芯芯片附近近。芯片片驱动至至场效应应管的环环路也要要尽量减减短。 电源排排版基本本要点77控制芯芯片至上上端和下下端场效效应管的的驱动电电路

19、环路路要尽量量短。2.3开开关电源源PCBB排版例例1 图图21是是图177 PCCB的元元器件面面走线图图。此电电源中采采用了一一个低价价PWMM控制器器(Seemteech型型号SCCIIOO4A)。PCCB下层层是一个个完整的的接地层层。此PPCB功功率地层层与控制制地层之之间没有有分隔。可可以看到到该电源源的功率率电路由由输入插插座(PPCB左左上端)通过输输入滤波波电容器器(C11，C22，)，SS1，SS2，LL1，输输出滤波波电容器器(C110,CC11,C122,C113)，一一直到输输出插座座(PCCB右下下端)。SSClll04AA被放置置在PCCB的左左下端。因因为，在在

20、地层上上功率电电路电流流不通过过控制电电路，所所以，无无必要将将控制电电路接地地层与功功率电路路接地层层进行分分隔。如如果输入入插座是是放置在在PCBB的左下下端，那那么在地地层上功功率电路路电流会会直接通通过控制制电路，这这时就有有必要将将二者分分隔。24开开关电源源PCBB排版例例2 图图22是是另一种种降压式式开关电电源，该该电源能能使122V输入入电压转转换成333VV输出电电压，输输出电流流可达33A。此此电源上上使用了了一个集集成电源源控制器器(Seemteech型型号SCC45119)。这这种控制制器将一一个功率率管集成成在电源源控制器器芯片中中。这样样的电源源非常简简单，尤尤其

21、适合合应用在在便携式式DVDD机，AADSLL，机顶顶盒等消消费类电电子产品品。 同前面面例子一一样，对对于这种种简单开开关电源源，在PPCB排排版时也也应注意意以下几几点。 1)由输入入滤波电电容(CC3)，SSC45519的的接地脚脚(GNND)，和和D2所所围成的的环路面面积一定定要小。这这意味着着C3及及D2必必须非常常靠近SSC45519。 2)可采用分隔的功率电路接地层和控制电路接地层。连接到功率地层的元器件包括输入插座(VIN)，输出插座(VOUT)，输入滤波电容(C3)，输出滤波电容(C2)，D2，SC4519。连接到控制地层的元器件包括输出分压电阻(R1，R2)，反馈补偿电路

22、(R3，C4，C3，)，使能插座(EN)，同步插座(SYNC)。 3)在在SC445199接地脚脚的附近近加 个个过孔将将功率电电路接地地层与控控制信号号电路接接地层单单点式的的相连接接。 图233是该电电源PCCB上层层排版图图。为了了力便读读者理解解，功率率接地层层和控制制信号接接地层分分别用不不同颜色色来表示示。在这这里输入入插座被被放置在在PCBB的上方方，而输输出插座座被放置置在PCCB的下下方滤滤波电感感(L11)被放放在PCCB左边边并靠近近功率接接地层，而而对于噪噪音较敏敏感的反反馈补偿偿电路(R3，CC4，CC5)则则被放存存PCBB右边并并靠近控控制信号号接地层层。D22非

23、常靠靠近SCC45119的脚脚3及脚脚4。图图24是是该电源源PCBB下层排排版图。输输入滤波波电容(C3)被放置置在PCCB下层层并非常常靠近SSC45519和和功率接接地层。2.5开开关电源源PCBB排版例例3 最最后讨论论一种多多路输出出开关电电源PCCB排版版要点。此此电源有有3组输输入电压压(122V，55V和33.3VV)，44组输出出电压(3.33v，22.6VV，1.8V，11.2VV)。该该电源使使用了，一一集成多多路开关关控制器器(Seerottechh型号SSC24453)。SCC24553提供供了4.5V30VV的宽输输入电压压范围，两两个高达达7000kHzz开关频频

24、率和高高达155A输出出电流，以以及低至至0.55V输出出电压的的同步降降压转换换器。它它还提供供了一个个专用可可调配正正压线性性调节器器和一个个专用可可调配负负压线性性调节器器。TSSSOPP-288封装减减小了所所需线路路板面积积。两个个异相降降压转换换器可以以减小输输入电流流纹波。图图25是是这种多多路开关关电源的的原理图图。其中中3.33V输出出由5VV输人产产生，ll.2VV输出由由12VV输入产产生，22.6VV和1.8V输输出由33.3VV输入产产生。由由于该电电源上所所有元器器件都必必须被放放置在一一个面积积较小的的PCBB上，为为此必须须将电源源的功率率地层和和控制信信号地层

25、层分隔开开来。参参照前面面几节中中讨论过过的要点点，首先先将图225中连连接到功功率地层层的元器器件和连连接到控控制信号号地层的的元器件件区分开开来，然然后将控控制信号号元器件件放在信信号地层层上并靠靠近SCC24553控制制信号地地层与功功率地层层通过单单点相连连接。这这连接点点通常会会选择在在控制芯芯片的接接地脚(SC224533中的脚脚21)。图226详细细描述了了该电源源排版方方式。 电源排排版基本本要点88开关电电源功率率电路和和控制信信号电路路下的元元器件需需要连接接不同的的接地层层，这二二个地层层一般都都是通过过单点相相连接。3 、结结语 开开关电源源PCBB排版的的8个要要点：

26、 1)旁旁路瓷片片电容器器的电容容不能太太大，而而它的寄寄生串联联电感应应尽量小小，多个个电容并并联能改改善电容容的阻抗抗特性； 2)电感的的寄生并并联电容容应尽量量小，电电感引脚脚焊盘之之间的距距离越远远越好； 3)避免在在地层上上放置任任何功率率或信号号走线； 4)高频环环路的面面积应尽尽可能减减小； 5)过过孔放置置不应破破坏高频频电流在在地层上上的路径径； 66)系统统板上一一小同电电路需要要不同接接地层，小小同电路路的接地地层通过过单点与与电源接接地层相相连接； 7)控制芯芯片至上上端和下下端场效效应管的的驱动电电路环路路要尽量量短； 8)开开关电源源功率电电路和控控制信号号电路元元器件需需要连接接到小同同的接地地层，这这二个地地层一般般都是通通过单点点相连接接。本文文来自：